Reguła dubletu i oktetu elektronowego - powstawanie jonów

WIĄZANIA CHEMICZNE - sumaryczny efekt różnego rodzaju oddziaływań pomiędzy wiążącymi się atomami, w wyniku czego następuje obniżenie energii układu.

Helowce - gazy szlachetne, pierwiastki bierne chemicznie. Mają korzystny, najniższy z wszystkich pierwiastków stan energetyczny wynikający ze szczególnie trwałej konfiguracji elektronowej, tj. całkowicie zapełnionej powłoki zewnętrznej (8 elektronów walencyjnych - oktet elektronowy lub w przypadku helu 2 elektrony walencyjne - dublet elektronowy).

Teoria wiązań (Lewisa i Kossela) - atomy tworzące związek chemiczny w celu zapewnienia sobie stabilności dążą do uzyskania konfiguracji elektronowej najbliższego gazu szlachetnego, tj. dubletu (2 elektrony walencyjne) lub oktetu elektronowego (8 elektronów walencyjnych) - reguła dubletu i oktetu.

Powstawanie jonów - jeden ze sposobów osiągnięcia trwałej konfiguracji elektronowej przez atomy, polegający na oddawaniu lub przyjmowaniu elektronów, np.

W atomie sodu na powłoce walencyjnej znajduje się 1 elektron, natomiast na powłoce przedostatniej 8 elektronów. Oddając 1 elektron z ostatniej powłoki atom sodu uzyskał trwałą konfigurację najbliższego gazu szlachetnego (neonu) stając się jonem dodatnim (przy symbolu pierwiastka, w prawym górnym rogu wstawiamy +). Atom chloru ma 17 elektronów rozmieszczonych na trzech powłokach, z czego 7 znajduje się na powłoce walencyjnej. Aby osiągnąć trwałą konfigurację gazu szlachetnego (oktet - 8 elektronów walencyjnych), przyjmuje na zewnętrzną powłokę 1 elektron i staje się jonem ujemnym (wstawiamy minus w górnym prawym rogu symbolu). Ma w tej chwili 18 elektronów, a więc tyle samo ile jest w atomie argonu. Zarówno przy atomie, jak i przy jonie piszemy taką samą liczbę atomową (liczba protonów w jądrze się nie zmieniła), natomiast liczbę przyjętych elektronów zaznaczamy wpisując odpowiednią cyfrę ze znakiem minus w górnym prawym rogu symbolu, np. O2-, Br-

Oddawanie elektronów przez atomy w celu osiągnięcia trwałej konfiguracji gazu szlachetnego powoduje utworzenie jonów dodatnich (KATIONÓW), przyjmowanie elektronów - utworzenie jonów ujemnych (ANIONÓW).

Zadanie 1

Zapisz, jak będą powstawały jony następujących pierwiastków:

a) magnezu

b) siarki

c) glinu

d) bromu

Odpowiedź:

Piszemy konfigurację elektronową magnezu. Wiemy, że pierwiastki dążą do uzyskania trwałej konfiguracji najbliższego gazu szlachetnego (bliżej magnezu znajduje się neon - Z = 10, niż argon - Z = 18), tj. oktetu elektronowego (8 elektronów na ostatniej powłoce). Aby go uzyskać, magnez odda 2 elektrony z ostatniej powłoki (łatwiej oddać 2 elektrony niż przyjąć aż 6, żeby mieć 8 elektronów walencyjnych). Oddając 2 elektrony magnez tworzy jon dodatni (kation) o ładunku 2+ (nadal jest 12 protonów w jądrze 12+ a tylko 10 elektronów 10-). W kationie mamy już tylko dwie powłoki (K L), na których rozmieszczonych jest 10 elektronów, co odpowiada konfiguracji elektronowej neonu. Piszemy konfigurację elektronową siarki, z której wynika, że brakuje jej 2 elektronów na ostatniej powłoce do uzyskania oktetu, tj. 8 elektronów walencyjnych (łatwiej przyjąć 2 elektrony niż oddać 6). Siarka przyjmuje zatem 2 elektrony (ładunki ujemne) tworząc jon ujemny (anion) o ładunku 2-. A zatem liczba elektronów na ostatniej powłoce w jonie S2- wynosi teraz 8, a liczba wszystkich elektronów 18, co odpowiada konfiguracji gazu szlachetnego - neonu. Liczba atomowa atomu siarki (Z = 16) jest taka sama jak liczba atomowa jonu S2- (Z = 16), ponieważ nie zmieniła się liczba protonów w jądrze atomowym. Glin leży w trzecim okresie, a więc ma trzy powłoki, na których rozmieszczonych jest 13 elektronów, z czego 3 na ostatniej powłoce. Aby uzyskać oktet, tj. 8 elektronów, glin odda 3 z ostatniej powłoki (łatwiej oddać 3 niż przyjąć brakujących 5) i utworzy jon dodatni (kation) o ładunku 3+. Jego konfiguracja odpowiada konfiguracji gazu szlachetnego - neonu (Z = 10). Piszemy konfigurację elektronową atomu bromu: 35 elektronów rozmieszczamy zgodnie z poznanymi regułami na czterech powłokach, z czego siedem na ostatniej. Do uzyskania oktetu (8 elektronów walencyjnych) potrzebny jest więc jeden elektron, po przyjęciu którego brom tworzy anion o ładunku 1- (jedynki nie piszemy). Konfiguracja tego jonu jest taka sama jak konfiguracja najbliższego gazu szlachetnego - kryptonu.

Zadanie 2

Oblicz, ile powłok elektronowych mają jony: K+, O2-, Ca2+, F-.

Rozwiązanie:

Ponieważ atom potasu leży w czwartym okresie, 19 elektronów rozmieszczonych jest na czterech powłokach. Aby uzyskać trwałą konfigurację najbliższego gazu szlachetnego - argonu (Z = 18), potas oddaje 1 elektron z ostatniej powłoki tworząc kation, w którym elektrony (18) znajdują się na 3 powłokach. W atomie tlenu osiem elektronów rozmieszczonych jest na dwóch powłokach, z czego sześć na ostatniej. Aby uzyskać oktet (8e), tlen przyjmie na powłokę L dwa elektrony tworząc anion o ładunku 2-. Uzyskuje w ten sposób konfigurację najbliższego gazu szlachetnego - neonu, w którym 10 elektronów rozmieszczonych jest na dwóch powłokach. Wapń leży w czwartym okresie, a więc 20 elektronów (Z = 20) rozmieszczonych jest na czterech powłokach, z czego dwa na ostatniej. Aby uzyskać konfigurację najbliższego gazu szlachetnego - argonu (Z = 18), atom wapnia oddaje 2 elektrony z powłoki walencyjnej tworząc jon Ca2+, w którym 18 elektronów rozmieszczonych jest już tylko na 3 powłokach. W atomie fluoru 9 elektronów (Z = 9) rozmieszczonych jest na dwóch powłokach. Na powłoce walencyjnej znajduje się ich 7 (gr. 17), a więc do uzyskania oktetu elektronowego (8 elektronów na ostatniej powłoce) brakuje 1 elektronu. Przyjmując ten jeden brakujący elektron na powłokę, L atom fluoru tworzy anion o ładunku 1-.

Zadanie 3

Podaj nazwy gazów szlachetnych, których konfigurację elektronową starają się uzyskać następujące atomy:

a) strontu

b) selenu

c) jodu

d) litu

Odpowiedź:

Atomy pierwiastków dążą do uzyskania trwałej konfiguracji najbliższego gazu szlachetnego, dlatego wystarczy w tym zadaniu popatrzeć do Układu Okresowego i poszukać, jaki helowiec (gaz szlachetny) leży najbliżej wymienionego pierwiastka. W przypadku strontu, który ma liczbę atomową Z = 38 najbliżej położonym gazem szlachetnym jest krypton o liczbie atomowej Z = 36 (a nie ksenon o Z=54). Dla atomu selenu o Z = 34 jest to również krypton o Z = 36 (a nie argon o Z = 18). Najbliżej jodu o Z = 53 leży ksenon o Z = 54, konfigurację helu o Z = 2 będzie chciał osiągnąć atom litu.

Zadanie 4

Podaj liczbę protonów, elektronów i neutronów w następujących jonach:

Liczba atomowa Z = 26 (lewy dolny róg symbolu) podaje liczbę protonów w jądrze, tj. 26. W obojętnym atomie liczba protonów jest równa liczbie elektronów (powinno zatem ich być też 26). Mamy tu jednak jon o ładunku 3+, co oznacza, że jest przewaga trzech protonów (cząsteczek dodatnich) w stosunku do liczby elektronów (cząstek ujemnych). Skoro jest 26 protonów, a elektronów ma być o 3 mniej, to jest ich 23. Liczba masowa A = 56 (lewy górny róg symbolu) podaje łączną liczbę protonów i neutronów, a zatem samych neutronów jest 56 - 26 = 30. Z = 52 czyli są 52 protony (52 +). Jon o ładunku „2-” oznacza 2 elektrony więcej niż protonów, tj. 52 + 2 = 54 elektrony (54-). 2- stąd ładunek jonu 2- Liczbę neutronów obliczamy odejmując od liczby masowej liczbę protonów: A = 128 (52 protony + neutrony). 128 - 52 = 76 neutronów. Z = 29, a więc jest 29 protonów, elektronów mamy o 2 mniej (ładunek jonu 2+ oznacza przewagę 2 protonów) czyli 27. Liczba neutronów jest równa różnicy między liczbą masową (A = 64) a liczbą protonów (29), tj. 35. Z = 17, stąd 17 protonów, ładunek jonu „1-” wskazuje na przewagę 1 elektronu (cząstka ujemna) w stosunku do liczby protonów, stąd wszystkich elektronów w jonie jest 18. Odejmując od liczby masowej (A = 35) liczbę protonów (17), obliczamy ilość neutronów - 18.

Autorzy opracowań: B. Wojnar, B. Włodarczyk, A Sabak, D. Stopka, A Szostak, D. Pietrzyk, A. Popławska, E. Seweryn, M. Zagnińska, J. Paciorek, E. Lis, M. D. Wyrwińska, A Jaszczuk, A Barszcz, A. Żmuda, K. Stypinska, A Radek, J. Fuerst, C. Hadam, I. Kubowia-Bień, M. Dubiel, J. Pabian, M. Lewcun, B. Matoga, A. Nawrot, S. Jaszczuk, A Krzyżek, J. Zastawny, K. Surówka, E. Nowak, P. Czerwiński, G. Matachowska, B. Więsek, Z. Daszczyńska, R. Całka

Zgodnie z regulaminem serwisu www.opracowania.pl, rozpowszechnianie niniejszego materiału w wersji oryginalnej albo w postaci opracowania, utrwalanie lub kopiowanie materiału w celu rozpowszechnienia w szczególności zamieszczanie na innym serwerze, przekazywanie drogą elektroniczną i wykorzystywanie materiału w inny sposób niż dla celów własnej edukacji bez zgody autora jest niedozwolone.

Wybierz treść

Wybierz szkołę

Wybierz przedmiot

Wybierz dział

Opracowania

Reguła dubletu i oktetu elektronowego - powstawanie jonów