Periódusos rendszer (Mengyelejev, 1869)

Az előadások a következő témára: "Periódusos rendszer (Mengyelejev, 1869)"— Előadás másolata:

1 Periódusos rendszer (Mengyelejev, 1869)

2 Periódusos rendszer

3 Periódusos rendszer http://www.ptable.com/
s-mező (fémek) nemesgáz csoport: zárt héj, extra stabil p-mező (nemfém, félfém, fém) d-mező (fémek) f-mező (fémek) Rendezés elve: növekvő rendszám (elektronszám, atomtömeg) hasonló vegyértékelektron szerkezet egymás alatt

4 Egyéb periódusos rendszerek

5 Kémiai kötések Az atomok kémiai kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz molekulákat vagy nagyobb rendszereket alkotva: Elsőrendű kötések (általában atomok között) Másodrendű kötések (általában molekulák között) Ionos kötés Kovalens kötés (koordinatív kötés) Fémes kötés Hidrogénkötés Dipólus-dipólus kölcsönhatás Diszperziós kölcsönhatás Elektronegativitás: az atom elektronvonzó képessége. Két atom kölcsönhatásakor a nagyobb elektronegativitású képes bizonyos fokig elszívni a másik egyes vegyértékelektronjait. Kis elektronegativitás: s-, d-, f-mező fémei (ENCs=0.7) Nagy elektronegativitás: p-mező nemfémes elemei (ENF=4) Változás: csoportban felfelé, sorban jobbra nő. Nemesgáz elektronszerkezetre való törekvés = stabilitás!

6 Elektronegativitás Pauling: kiinduló érték: Mulliken:
EN értéke: 0,7-4,0

7 Ionos kötés Egy negatív és egy pozitív töltésű ion közötti elektrosztatikus (Coulomb-féle) vonzóerő. Anion: semleges atomból elektron felvétellel (nemfémes elemek: F-, Cl-, O2-) Kation: semleges atomból elektron leadással (fémek: Na+, Ca2+, Al3+, stb.) Összetett ionok: NH+, SO2-, CO2-, stb. 4 3 Vegyületképzés: Al2O3 semleges! (Első) Ionizációs energia (Ei): energia, mely ahhoz szükséges, hogy a semle-ges atom külső héjáról egy elektront leszakítsunk és a végtelenbe távolítsuk. Elektronaffinitás (Ea): energia, mely felszabadul (vagy szükséges ahhoz), ha a semleges atomból egyszeres negatív töltésű anion képződik. K+ F- Kötéstávolság: elektrosztatikus vonzás és taszító (mag-mag, e--e-) erők egyensúlya határozza meg

8 Kovalens kötés Az atomok nemesgáz elektronszerkezete elektronmegosztással alakul ki. Néhány ( ) elektron közössé válik, majd a közös elektronok összekapcsolják az atomokat. Jellemző: nemfémes elemekre (elektronegativitás-különbség kicsi)

9 Kovalens kötés Molekulapálya: ahol az elektron két vagy több atommag erőterében 90%-os valószínűséggel tartózkodik. A molekulapálya a kötésben résztvevő elektronok eredeti atompályáiból, azok kombinálódásával alakul ki. Emiatt tükrözi bizonyos fokig az atompályák tulajdonságait. Ahány atompálya kombinálódik ugyanannyi molekulapálya jön létre! Kötő molekulapálya alacsonyabb energiájú mint az atompályák, elektronok számára kedvezőbb. Ez a kémiai kötés hajtóereje! * lazító molekulapálya E atompályák kötő molekulapálya

10 Kovalens kötés s (egyszeres) kötés
Kialakulhat: s – s elektronok között s – p elektronok között px – px elektronok között Jellemző: az elektronsűrűség maximuma a két atomot összekötő egyenes (kötéstengely) mentén van. Egyszeres kötés = egyvegyértékű atom az egyik partner: hidrogén vegyületei (HBr, H2O, NH3, CH4) halogének vegyületei (F2, Cl2, SCl2, PF3, CCl4) F F F E

11 Kovalens kötés p kötés Kialakulhat: py – py elektronok között
pz – pz elektronok között Jellemző: a két atomot összekötő egyenes (kötéstengely) mentén nincs elektron, az elektronsűrűség az egyenes alatt és felett épül ki (két érintkezési pont, de csak egy kötés!). A gyengébb p-p átlapolás miatt a p kötések sérülékenyebbek, mint a s kötés. A többszörös kötésekben az egyik általában s kötés, csak a második illetve harmadik p. p kötés = két- vagy háromvegyértékű atomok között kettős kötés (O2, CO2, SO2, SO3, H2C=CH2) hármas kötés (N2, HCCH, HCN) a második p merőleges az első síkjára N N N E p atompályák p pályák s pálya

12 Kovalens kötés Kovalens kötés egyéb fontosabb jellemzői:
Nemkötő (magános) elektronpár: kötésben részt nem vevő vegyértékelektronok pl: N a N vegyértékhéja: 2s2 2p3 Kötéshossz: a kötést létesítő atomok magjai közti távolság Kötésszög: a kapcsolódó atomok magjai által bezárt szög Kötési energia: kötés felszakításához szükséges energia Kötésrend = (kötőelektronok – lazító pályán levő elektronok)/ Pl H2: H2: H2: 0.5 + - N N lazító E E E atompályák kötő Miért nincs kovalens kötésű He2 molekula? (2e- kötő, 2e- lazító pályán lenne)

13 Kovalens kötés Koordinatív (datív) kötés:
A kötő elektronpárt az egyik atom adja (volt nemkötő elektronpárja) Pl , H3N : BH3 C O C (2s2 2p2) O (2s2 2p4) Molekulák között is: H3B + NH3 H3B NH3 p atompályák p pályák s pálya Vegyérték: egy adott molekulában az adott atomhoz tartozó kötő elektronpárok száma. HCl (1;1), H2O (1;2), NH3 (3;1), CH4 (4;1), H2S (1;2), SO2 (4;2), SO3 (6,2) (b) (a) S vegyértékhéja: 3s2 3p4 3d0 kis energia befektetéssel átalakulhat: (a) 3s2 3p3 3d1 illetve (b) 3s1 3p3 3d2-vé

14 Térbeli alak 3D szerkezet: a központi atom nemkötő elektronpárjainak és a s kötő elektron- párok kölcsönhatása határozza meg. Cél: a kötő és nemkötő elekronpárok egymástól legtávolabb helyezkedjenek el a rendelkezésre álló legnagyobb teret foglalják el (VSEPR) nemkötő elektronpár térigénye nagyobb (NH3 piramis míg CH4 tetraéder) H C H B 180º H N 109.5º F Ca 120º 107.3º lineáris (Ca2+: 3s0) síkháromszög (B: 2s22p1) piramis (N: 2s22p3) tetraéder (C: 2s22p2) CH4: a szén vegyértékelektronjai a CH kötések kialakítása előtt átrendeződnek E sp3 hibridpályák azonos energiájúak: ekvivalens kötéseket képeznek 2s22p2 2s12p3

15 Polaritás Kötések polaritása:
Az eltérő elektronegativitású atomok poláris kötéseket létesítenek. A nagyobb elektronegativitású atom jobban vonzza maga felé a kötő elektronpárt: a kötés elektronfelhője torzul. Megbomlik a töltésegyensúly, a nagyobb elektronega-tivitású atom parciálisan negatív, míg a másik parciálisan pozitív töltésű lesz. Pl. HCl, CO, H2O. Apoláris kötés van azonos atomok kapcsolódása esetén. Pl. H2, O2, N2, F2. Molekulák polaritása: Apoláris kötés esetén a molekula is apoláris. Poláros kötéssel kapcsolódó kétatomos molekulák polárisak. Poláris kötéssel kapcsolódó többatomos molekulák polaritása függ a szimmetriától: d- d+ d- d- O O C O d+ H H d+ 105º szén-dioxid: apoláris pozitív és negatív súlypont egybeesik víz: erős dipólus

16 Fémes kötés A fémek kis elektronegativitásuk miatt könnyen leadják vegyérték elektronjaikat. Szilárd és olvadt halmazállapotban pozitív töltésű fématomtörzsek és delokalizált (helyhez nem kötött) elektronrendszer jön létre. A szilárd halmazállapotban kialakuló szerkezet a fémrács: + + + + + + + + + + + + + + + + + + Alapja a fémes tulajdonságok: elektromos vezetés jó hővezetés megmunkálhatóság (ugyanolyan környezet mint megmunkálás előtt) + + + + + + + + + + + + + + + + + +

17 EN különbség, összeg és a kötés-típus

18 Másodrendű kötések (általában molekulák között)
Elsőrendű kötések kötési energiája: kJ/mol Másodrendű kötések (általában molekulák között) Hidrogénkötés Dipólus-dipólus kölcsönhatás Diszperziós kölcsönhatás Indukciós hatás 8-40 kJ/mol kJ/mol H O d- d+ 1.0 Å 1.9 Å H O d- d+ Hidrogénkötés: O-H/N-H/Halogén-H kötések nagy polaritása miatt nagyon kicsi a H körüli elektron- sűrűség. Emiatt közelben levő másik elektronegatív atom vonzza a H-t. Vegyes ionos - kovalens jellegű a kölcsönhatás. Annál erősebb, minél elektronegatívabbak a nem-H atomok.

19 Kétdimenziós ikozaéderes szerkezet
Szuper-klaszter szerkezet 13 ikozaéderes egység, 1820 vízmolekula a, szék formájú hexamer – 80 db van belőle b, hajó formájú hexamer – 360 db van belőle (4x90 db-os alegység) c, cisz –pentamer - 72 db van belőle(2x36) d,10 molekula alkotta tetraéder – 20 db van belőle e, 40db hexamer egység – 10 alkot egy alegységet f, 120 db 8 atomos struktúra – 30 db alkot egy alegységet g, 48 db pentamer boksz – 24 alkot egy alegységet h, 4 db dodekaéder – 3 alkot egy alegységet (12 db negyed dodekaéder) Kétdimenziós ikozaéderes szerkezet 280 vízmolekula

20 Másodrendű kötések (általában molekulák között)
Dipólus-dipólus kölcsönhatás: aszimmetrikus elektronsűrűség (töltés) eloszlással rendelkező molekulák között. Pl. CO Diszperziós kölcsönhatás: apoláris molekulák térközelbe kerülve tudják egymást polarizálni, kistöltésű indukált dipólusok jönnek létre. Pl. dihalogének (F2, Cl2, Br2) Nagyobb méret → erősebb polarizáció. Indukciós kölcsönhatás: Dipólus és apoláris molekula között (dipólus  indulált dipólus)