R13Hc7ak3Ml1V1

Ilustracja przedstawia graficzne modele cząsteczek wody i azotu oraz ich wzory elektronowe. W cząsteczce wody po lewej stronie atom tlenu ma postać dużej białej kuli w czerwonym kolorze, a przylegające do niej mniejsze białe kulki reprezentują atomy wodoru. Wzór elektronowy znajdujący się poniżej ma postać kreskową, co oznacza, że pary elektronów występujące przy danym atomie mają postać kresek przylegających do symbolu atomu lub łączących dwa atomy. W cząsteczce wody występują cztery takie kreski - dwie otaczają symbol tlenu od góry, a dwie w dolnej części łączą tlen z atomami wodoru. W cząsteczce azotu po prawej stronie atomy azotu mają postać dużych, przylegających do siebie niebieskich kul. We wzorze elektronowym można zaobserwować, że atomy te łączą trzy pary elektronowe, a ponadto każdy atom azotu ma jeszcze jedną wolną parę elektronów po lewej i prawej stronie.

1. Co warto wiedzieć o gazach szlachetnych?

Porównując właściwości pierwiastków, można zauważyć, że niemetale znajdujące się w 18. grupie układu okresowego (helowce, zwane gazami szlachetnymi) wykazują najmniejszą aktywność. Helowce w zwykłych warunkach nie tworzą cząsteczek, a tylko niektóre z nich mogą tworzyć związki chemiczne, które są stosunkowo nietrwale. Okazuje się, że konfiguracja elektronowa atomów helowców jest trwała. Większość atomów pierwiastków, łącząc się ze sobą, dąży do uzyskania konfiguracji elektronowej najbliższego im w układzie okresowym helowca, na przykład atomy wodoru dążą do konfiguracji elektronowej helu, a atomy chloru – do konfiguracji elektronowej atomu argonu.

Jak pamiętasz, wśród helowców tylko atom helu ma 2 elektrony walencyjne (nazywane dubletem elektronowym), zaś atomy pozostałych gazów szlachetnych mają po 8 elektronów na ostatniej powłoce (tak zwany oktet elektronowy).

2. Czy atomy mogą dzielić się swoimi elektronami?

Atomy mogą łączyć się zarówno z atomami tego samego pierwiastka chemicznego, jak i atomami innych pierwiastków. Oddziaływanie pomiędzy atomami, które sprawiające, że atomy te łączą się ze sobą w sposób trwały, nazywa się wiązaniem chemicznym. W tworzeniu wiązania biorą udział elektrony walencyjne. Jak pamiętasz, liczba elektronów walencyjnych pierwiastka jest ściśle związana z jego położeniem w układzie okresowym i jego właściwościami fizykochemicznymi. To od niej zależy sposób oddziaływania i wiązania się ze sobą atomów.

Ważne!

Przy opisie wiązań chemicznych chemicy bardzo często posługują się symbolicznym zapisem. Wykorzystuje się w nim symbol pierwiastka chemicznego, i zaznacza się wokół niego kropkami liczbę elektronów walencyjnych. Są to tak zwane wzory elektronowe kropkowe. Jeśli w tym wzorze występują pary elektronów, to czasami zaznacza się je jako kreski. Taki sposób zapisu określa się mianem wzoru elektronowego kreskowego. W tabeli przedstawiono omawiane wzory elektronowe przykładowych atomów pierwiastków.

RUJApmPxiaCfh1

Tabela przedstawiająca dwa sposoby symbolicznego zapisu konfiguracji elektronów walencyjnych i wiązań w cząstkach i atomach: wzór kropkowy i kreskowy. W pierwszej kolumnie tabeli licząc od lewej strony znajduje się opis poszczególnych wierszy. Licząc od góry są to nazwa atomu pierwiastka, wzór elektronowy kropkowy i wzór elektronowy kreskowy. Tablica przedstawia trzy przykładowe zapisy: dla atomów wodoru z jednym elektronem walencyjnym, magnezu z dwoma elektronami walencyjnymi i chloru z siedmioma elektronami walencyjnymi. Atom wodoru opisany jest tylko w postaci wzoru kropkowego z uwagi na brak pary elektronowej. Ma on postać litery H z kropką po prawej stronie. Magnez może mieć po prawej stronie dwie kropki lub zamiast nich pionową kreskę. Chlor, którego liczba elektronów jest nieparzysta, może być albo otoczony przez kropki - po dwie z każdej strony za wyjątkiem prawej, gdzie jest tylko jedna kropka - albo przez kreski z trzech stron i kropkę po prawej.

Wodór to pierwiastek chemiczny, którego atomy nie są wolne, lecz zawsze połączone w pary za pomocą wiązania chemicznego. Wiązanie to polega na tym, że atomy wodoru oddają do wspólnego użytku po 1 elektronie. Mówi się, że uwspólniają elektrony, które nazywa się wspólną parą elektronową lub wiążącą parą elektronową. Symbolicznie wiązanie tworzone przez 2 atomy wodoru można przedstawić jako $\text{H : H}$. Dzięki uwspólnieniu elektronów każdy z atomów wodoru uzyskuje konfigurację elektronową (liczbę elektronów), jaką ma najbliższy w układzie okresowym gaz szlachetny – hel (2 elektrony).

Opisane wiązanie łączące 2 atomy wodoru za pomocą wspólnej pary elektronowej jest przykładem wiązania nazywanego wiązaniem kowalencyjnymwiązanie kowalencyjne (wiązanie atomowe)wiązaniem kowalencyjnym lub wiązaniem atomowymwiązanie kowalencyjne (wiązanie atomowe)wiązaniem atomowym. Wiązanie to polega na uwspólnianiu elektronów i tworzeniu tak zwanych wiążących par elektronów, które należą w jednakowym stopniu do obu atomów. Tego typu wiązania kowalencyjne tworzą się między atomami tego samego niemetalu.

Zobacz wzory elektronowe wiązań kowalencyjnych między atomami wodoru.

R1HSpx5oYppft1

Cząsteczki wodoru

Zobacz efekt wiązania między atomami wodoru oraz między atomami chloru.

R1Cg2dbB3Qd8w1

Tabela przedstawiająca konfiguracje elektronowe w cząsteczkach dwuatomowych wodoru i chloru. W pierwszym wierszu tabeli, licząc od góry, znajduje się opis poszczególnych kolumn. Od lewej są to: substancja, wzór elektronowy kropkowy, rodzaj osiągniętej konfiguracji elektronowej oraz gaz szlachetny, którego konfigurację osiągnął atom w cząsteczce. Pierwszą przedstawioną w ten sposób cząsteczką jest wodór, gdzie dwa atomy połączone są jedną parą elektronową. We wzorze kropkowym pomiędzy dwiema literami H pojawiają się dwie kropki i taka konfiguracja elektronowa nosi nazwę dubletu, a występuje w helu. Drugą cząsteczką jest chlor. Tam dwa atomy również połączone są parą elektronów, ale oprócz tego każdy atom ma jeszcze po trzy własne pary elektronowe, których kropki tworzą we wzorze elektronowym dokładną otoczkę atomów - każda litera Cl ma po dwie kropki ze stron lewej, prawej, od góry i od dołu. Taka konfiguracja nosi nazwę oktetu, a sam chlor uzyskuje w cząsteczce konfigurację elektronową argonu.

3. Co jest efektem łączenia się atomów?

Struktury, które powstają w wyniku połączenia się atomów za pomocą wiązań kowalencyjnych (wiązań atomowych), nazywa się cząsteczkami. Dwa atomy wodoru związane jedną parą elektronową noszą nazwę cząsteczki wodoru, a połączone ze sobą 2 atomy chloru stanowią cząsteczkę chloru.

W przyrodzie występuje bardzo dużo różnorodnych cząsteczek, które mogą zawierać od dwóch do ponad miliona atomów. Omawiane w tej lekcji cząsteczki wodoru i chloru są przykładami niewielkich układów atomów – cząsteczek dwuatomowych.

Każdą cząsteczkę można opisać wzorem. Jednym ze sposobów jest wymienienie symboli pierwiastków, których atomy wchodzą w jej skład, i zaznaczenie za symbolem pierwiastka (w prawym dolnym indeksie) liczby atomów wchodzących w skład cząsteczki. Przedstawiony zgodnie z tymi zasadami wzór cząsteczki jest nazywany wzorem sumarycznymwzór sumarycznywzorem sumarycznym cząsteczki.

R9X8sXP5WT5911

Tabela porównująca ze sobą różne sposoby zapisu cząsteczek wodoru i chloru. W pierwszym wierszu tabeli, licząc od góry, znajduje się opis poszczególnych kolumn. Od lewej są to: substancja, wzór elektronowy kropkowy, wzór elektronowy kreskowy i sumaryczny. Drugi wiersz tabeli zajmuje opis wodoru, której wzór sumaryczny to H2 i cząsteczki chloru o wzorze sumarycznym Cl2. W praktyce wzory kropkowy i kreskowy w obu przypadkach różnią się od siebie wyłącznie zastąpieniem par kropek pojedynczymi kreskami w taki sposób, że zapis staje się czytelniejszy i kładzie większy nacisk na wiązania pomiędzy atomami. Ważne jest też to, że w odróżnieniu od wzoru kropkowego, w którym wszystkie pary kropek są do siebie podobne, we wzorze kreskowym pary elektronów występujące w pierwiastku samodzielnie są do jego symbolu równoległe (przylegające), a te łączące go z innym atomem stanowią rodzaj pomostu pomiędzy symbolami.

Oprócz wiążących par elektronowych, w cząsteczkach mogą znajdować się także tzw. niewiążce pary elektronowe. Nie biorą one bezpośredniego udziału w tworzeniu wiązania chemicznego.

Rxek9K2182kY31

Ilustracja przedstawia różnice pomiędzy rodzajami par elektronowych w cząsteczkach, a przy okazji również w sposobie ich oznaczania w zapisie kreskowym. Rysunek przedstawia dwuatomową cząsteczkę chloru w zapisie elektronowym kreskowym. Kreska łącząca ze sobą atomy chloru zaznaczona jest niebieskim kolorem i podpisana jako Wiążąca para elektronowa. Z kolei kreski otaczające oba atomy chloru i nie łączące ich ze sobą oznaczone są kolorem czerwonym i podpisane Niewiążące pary elektronowe.

Wodór czy chlor są pierwiastkami, które w stanie wolnym, jako gazy, występują w postaci cząsteczek dwuatomowych. Dlatego w symbolicznym opisie tych gazów zawsze posługujemy się wzorami: ${\text{Cl}}_{\text{2}}$, ${\text{H}}_{\text{2}}$.

4. Jak zbudowana jest cząsteczka azotu?

Atomy niemetali mogą uwspólniać więcej niż 1 parę elektronową.

Przykładem jest cząsteczka azotu zbudowana z 2 atomów azotu. Jak pamiętasz, atom azotu ma 5 elektronów walencyjnych, a do uzyskania 8 elektronów potrzebuje 3. Dlatego każdy z atomów w cząsteczce oddaje do wspólnego użytku 3 elektrony.

RBqoXP4QtSN1y1

Na ilustracji przedstawiona jest dwuatomowa cząsteczka azotu w postaci wzoru elektronowego kropkowego. Pomiędzy atomami azotu symbolizowanymi literami N znajdują się trzy pary elektronowe, łącznie sześć kropek. Dodatkowo każdy atom ma po przeciwnej stronie po jednej niewiążącej parze elektronowej.

Między atomami azotu występują 3 wiążące pary elektronowe. Takie wiązanie określa się mianem wiązania potrójnegowiązanie potrójnewiązania potrójnego. Wzór sumaryczny cząsteczki azotu to ${\text{N}}_{\text{2}}$.

RZFGyw4utRXW81

Ilustracja przedstawia różnice pomiędzy rodzajami par elektronowych w cząsteczce azotu, a przy okazji również w sposobie ich oznaczania w zapisie kropkowym. Rysunek przedstawia dwuatomową cząsteczkę azotu w zapisie elektronowym kropkowym. Kropki łączące ze sobą atomy azotu zaznaczone są niebieskim kolorem i podpisane jako Wiążące pary elektronowe. Z kolei kropki po bokach atomów azotu ale nie łączące ich ze sobą oznaczone są kolorem czerwonym i podpisane Niewiążące pary elektronowe.

Wiązanie potrójne zawiera maksymalną liczbę wiązań, jaką mogą tworzyć atomy między sobą. W przyrodzie nie ma związków chemicznych, w których cząsteczkach występowałyby wiązania więcej niż trzykrotne.

R164QLUvnRfys1

Ilustracja przedstawia tabelę zestawiającą ze sobą cechy i sposoby zapisu dwuatomowej cząsteczki azotu. Licząc od lewej strony kolejno wyszczególniane w tabeli elementy to wzór elektronowy kropkowy cząsteczki, wzór elektronowy kreskowy, rodzaj wiązań chemicznych - w tym przypadku kowalencyjne, atomowy, liczba atomów w cząsteczce, w tym przypadku dwa, wzór sumaryczny cząsteczki N2 oraz nazwę gazu szlachetnego, którego konfigurację atom azotu osiąga w tej cząsteczce. Jest nim neon.

5. Czym jest wiązanie kowalencyjne spolaryzowane?

Atomy różnych niemetali mogą (podobnie jak atomy należące do tego samego pierwiastka niemetalicznego) łączyć się ze sobą za pomocą wspólnych par elektronowych. Przykładem są atomy niemetali: wodoru i chloru, które łączą się ze sobą, tworząc cząsteczki chlorowodoru.

RKQGU2PpQXBsJ1

Ilustracja przedstawia wzór kropkowy cząsteczki chlorowodoru. Przypomina on stojącą luźno literę H oraz literę Cl w całości otoczoną przez kropki. Jednak jest to tylko złudzenie optyczne. W rzeczywistości kropki pomiędzy H i Cl symbolizują parę elektronową łączącą te atomy.

Każdy z atomów wchodzących w skład cząsteczki chlorowodoru oddaje po 1 elektronie walencyjnym w celu utworzenia wiążącej pary elektronowej (wiązania kowalencyjnego). Dzięki temu powstaje trwała konfiguracja elektronowa gazu szlachetnego: atom wodoru – helu, atom chloru – argonu.

W cząsteczce chlorowodoru atomy tworzą na ostatnich powłokach następujące konfiguracje: atom wodoru – dublet, atom chloru – oktet elektronowy.

Para elektronowa znajdująca się pomiędzy atomami wodoru i chloru w cząsteczce chlorowodoru nie należy w jednakowym stopniu do obu atomów, ale jest przesunięta w kierunku tego, który silniej przyciąga elektrony, w tym wypadku – w kierunku atomu chloru. Opisane wiązanie jest szczególnym rodzajem wiązania kowalencyjnego, nazywanym wiązaniem kowalencyjnym spolaryzowanym (wiązaniem atomowym spolaryzowanym)wiązanie kowalencyjne spolaryzowane (wiązanie atomowe spolaryzowane)wiązaniem kowalencyjnym spolaryzowanym (wiązaniem atomowym spolaryzowanym).

Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane jest tworzone pomiędzy atomami należącymi do różnych niemetali. Uwspólniają one elektrony, a utworzona wiążąca para lub pary elektronowe są przesunięte w kierunku tego atomu, który ma większą zdolność przyciągania elektronów. Najczęściej jest to atom o większej liczbie elektronów na ostatniej powłoce.

Wiązania kowalencyjne spolaryzowane łączą także atomy azotu z atomami wodoru w cząsteczki związku chemicznego zwanego amoniakiem. Na podstawie numeru grupy, do której należy atom azotu (15.), winioskujemy, że ma on na ostatniej powłoce 5 elektronów. Do uzyskania trwałej konfiguracji brakuje mu 3 elektronów. Uzyskuje je od 3 atomów wodoru, z którymi tworzy wiążące pary elektronowe.

RxRcqNzqM5B5z1

Ilustracja przedstawia cząsteczkę amoniaku ukazaną w postaci wzoru elektronowego kropkowego. W górnej części znajduje się symbol atomu azotu - niebieska litera N - otoczony pięcioma niebieskimi kropkami. Do trzech z nich przylegają kropki symbolizujące elektrony trzech atomów wodoru, wyróżnione - podobnie jak symbol H - kolorem czerwonym.

Z uwagi na to, że atom azotu ma większą zdolność do przyciągania elektronów niż atom wodoru, 3 wiążące pary elektronowe są położone bliżej atomu azotu. Dlatego wiązanie to jest wiązaniem atomowym (kowalencyjnym) spolaryzowanym.

Wzór sumaryczny cząsteczki amoniaku to ${\text{NH}}_{\text{3}}$.

R1bUWqojKCG361

Ilustracja przedstawia cząsteczkę amoniaku ukazaną w postaci wzoru elektronowego kropkowego podobnie jak na ilustracji powyżej, lecz z jednym wyjątkiem. Elektrony wiążące atomy wodoru z atomem azotu objęte są trzema szarymi strzałkami skierowanymi w stronę atomu azotu.

Każdy z atomów wchodzących w skład cząsteczki amoniaku uzupełnia ostatnią powłokę elektronową: atomy wodoru tworzą dublet elektronowy, atom azotu – oktet.

R1MYvd0VYf9eb1

Ilustracja przedstawia tabelę zestawiającą sposoby zapisu wzoru trzech związków chemicznych o wiązaniach spolaryzowanych. Licząc od lewej strony kolejno wyszczególniane w tabeli elementy to nazwa substancji, jej wzór elektronowy kropkowy, wzór elektronowy kreskowy, oraz wzór sumaryczny. Pierwszy z prezentowanych związków to chlorowodór o wzorze HCl, w którym wodór z chlorem łączy się za pomocą jednej pary elektronowej. Drugi związek to zwykła woda, czyli H2O. Trzeci związek to omówiony w poprzednich akapitach amoniak o wzorze HN3.

6. Jak zbudowana jest cząsteczka dwutlenku węgla?

Atomy różnych niemetali mogą uwspólniać więcej niż 1 parę elektronową. Przykładem związku chemicznego, w którego cząsteczkach tak się dzieje, jest dwutlenek węgla. Jego cząsteczki są zbudowane z 2 atomów tlenu połączonych z 1 atomem węgla.

Atom węgla znajduje się w 14. grupie układu okresowego i jego ostatnią powłokę elektronową tworzą 4 elektrony. W atomach tlenu natomiast jest 6 elektronów walencyjnych. Każdy z atomów w cząsteczce dwutlenku węgla uzupełnia swoją ostatnią powłokę do 8 elektronów: atomy tlenu oddają do wspólnego użytku z atomem węgla po 2 elektrony, atom węgla zaś z każdym z nich uwspólnia także 2 elektrony. Można policzyć, że na tworzenie wiązań atomy tlenu zużywają po 2 elektrony, natomiast atom węgla – w sumie 4.

RpNwFtf2BBIBE1

Ilustracja przedstawia cząsteczkę dwutlenku węgla ukazaną w postaci wzoru elektronowego kropkowego. Ma ona postać liniową, pośrodku znajduje się symbol atomu węgla - czarna litera C - z czterema czarnymi kropkami po lewej i prawej stronie. Do kropek przylegają cztery turkusowe kropki symbolizujące elektrony walencyjne dwóch atomów tlenu, których symbole również są turkusowe.

Cząsteczka dwutlenku węgla ma następujący wzór sumaryczny: ${\text{CO}}_{\text{2}}$.

R6LfP1fLGcayO1

Ilustracja przedstawia różnice pomiędzy rodzajami par elektronowych w cząsteczce dwutlenku węgla, a przy okazji również w sposobie ich oznaczania w zapisie kreskowym. Rysunek przedstawia cząsteczkę dwutlenku węgla w zapisie elektronowym kreskowym. Kreski łączące atomy tlenu z atomem węgla zaznaczone są niebieskim kolorem i podpisane jako Wiążące pary elektronowe. Z kolei kreski po bokach atomów tlenu ale nie łączące ich z niczym oznaczone są kolorem czerwonym i podpisane Niewiążące pary elektronowe.

Atomy tlenu i węgla różnią się zdolnością do przyciągania elektronów, atom tlenu wykazuje silniejsze właściwości w tym względzie. Z tego powodu w cząsteczce dwutlenku węgla wiążące pary elektronowe są położone bliżej atomów tlenu.

R1KKptBy9R6xS1

Ilustracja przedstawia cząsteczkę dwutlenku węgla ukazaną w postaci wzoru elektronowego kropkowego. Elektrony wiążące atomy tlenu z atomem węgla objęte są dwiema szarymi strzałkami skierowanymi w stronę atomów tlenu.

R1Et8OoOGyDVv1

Ilustracja przedstawia tabelę zestawiającą ze sobą cechy i sposoby zapisu cząsteczki dwutlenku węgla. Licząc od lewej strony kolejno wyszczególniane w tabeli elementy to nazwa związku, wzór elektronowy kropkowy cząsteczki, wzór elektronowy kreskowy, rodzaj wiązań chemicznych - w tym przypadku kowalencyjne spolaryzowane - liczba atomów w cząsteczce, w tym przypadku trzy oraz wzór sumaryczny cząsteczki CO2.

Podsumowanie

• Wiązanie chemiczne wiąże ze sobą atomy.

• Wiązanie kowalencyjne (atomowe) polega na uwspólnieniu pary elektronowej pomiędzy atomami.

• Każdy pierwiastek chemiczny, o ile to możliwe, dąży do uzyskania konfiguracji elektronowej najbliższego w układzie okresowym gazu szlachetnego.

• Wiązania kowalencyjne tworzą atomy niemetali.

• Atomy należące do różnych niemetali tworzą wiązania kowalencyjne spolaryzowane.

• Struktury zbudowane z atomów połączonych wiązaniem kowalencyjnym (atomowym) są nazywane cząsteczkami.

• Atomy w cząsteczkach: ${\text{Cl}}_{\text{2}}$, ${\text{H}}_{\text{2}}$, ${\text{N}}_{\text{2}}$ tworzą wiązania kowalencyjne (atomowe), a ich wiążące pary elektronowe należą w jednakowym stopniu do obu atomów w cząsteczce.

• W cząsteczkach $\text{HCl}$, ${\text{H}}_{\text{2}}\text{O}$, ${\text{CO}}_{\text{2}}$, ${\text{NH}}_{\text{3}}$ występują wiązania kowalencyjne spolaryzowane, utworzone przez wspólne pary elektronowe, znajdujące się bliżej atomów o większej liczbie elektronów walencyjnych.

Słowniczek

Zadania

RyZdAuFk4wq3C

Ćwiczenie 5

zadanie interaktywne

zadanie interaktywne

Wskaż poprawnie zapisany wzór kreskowy cząsteczki amoniaku.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

RnYxaqRiLjLtW

Ćwiczenie 6

zadanie interaktywne

zadanie interaktywne

Wskaż poprawnie zapisany elektronowy wzór kropkowy cząsteczki wody.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5