IV. Chemische binding

Transcriptie

1 1 IV. Chemische binding

2 Waarom worden chemische bindingen gevormd? 2 zie ook Hoofdstuk E = 0: kernen + elektronen; geen interactie/in rust QM atoommodel atomen gasfase C, H, H, H, H gasfase Energie verbinding gasfase 1652 kj/mol CH 4, gasfase C (g) + 4 H (g) CH 4(g) E = 1652 kj/mol moleculaire stabiliteit is drijvende kracht vorming verbinding

3 3 Wat is een chemische verbinding? verbinding = stabiel aggregaat van kernen en elektronen + 10 elektronen CH H 2 O elektronen + +

4 Hoe chemische binding beschrijven? 4 kern(en) + elektronen atomen verbindingen interacties QMatoommodel verklaren én voorspellen eigenschappen QM-model QM-model is ingewikkeld voor grotere verbindingen praktisch: vereenvoudige modellen op basis van aard interacties tussen atomen

5 Hoe chemische binding beschrijven? 5 type interactie type verbinding model kern(en) + elektronen atomen verbindingen interacties verklaren én voorspellen eigenschappen model QM-atoommodel eigenschappen atomen model binding eigenschappen verbindingen (ook nieuwe verbindingen!)

6 Welke types interacties onderscheidt men? overdracht elektronen: ionaire binding A B + elektrostatische interactie tussen ionen delen elektronen: covalente binding A-B elektrostatische interactie tussen kernen/elektronen ongelijk delen elektronen: covalente binding met ionair karakter A δ- -B δ+ δ: partiële lading; δ < C elektrostatische interactie tussen kernen/elektronen + elektrostatische interactie tussen dipoolladingen δ + δ elektrische dipool 6 dipoolladingen: δ + = δ

7 Types verbinding gebruikt model ionaire verbindingen: elektrostatische interactie tussen metaal kation + niet-metaal anion (Na + en Cl ) metaal kation + polyatomair anion (Fe 3+ en CO 2 3 ) polyatomair kation + niet-metaal anion (NH 4+ en S 2 ) polyatomair kation + polyatomair anion (NH 4+ en CO 2 3 ) covalente verbindingen: interactie kernen/elektronen niet-metaalatoom + niet-metaalatoom metalen: interactie kernen/elektronen metaalatoom + metaalatoom transitiemetaalverbindingen (GEEN examenstof) transitiemetaalion + liganden 7

8 8 De ionaire binding Cl2 NaCl Na Cl2 + 2 Na 2 NaCl

9 Ionaire verbindingen 9 eigenschappen brosheid, geleidbaarheid in oplossing, smeltpunt, kookpunt voorstelling ionen: Lewistheorie elektrostatische interactie tussen ionen: wet Coulomb ionaire verbindingen komen voor in kristalrooster roosterenergie: definitie drijvende kracht vorming ionaire verbinding

10 Metaal + niet-metaal staat elektronen af kation neemt elektronen op anion 10 elektrostatische krachten tussen ionen kristalrooster

11 Studie-opgave Bereken de Coulomb potentiële energie (in kj/mol) voor onderstaande ionenparen als je aanneemt dat de afstand tussen de ionen gegeven wordt door de som van de straal van de betrokken ionen: a) Li + en F b) Cs + en F ion r ion (pm) ion r ion (pm) ion r ion (pm) Li + 59 Ca I 220 c) Na + en S 2 d) Ba 2+ en O 2 Na + 99 Ba O Cs F 133 S e) colineaire schikking van F, Ca 2+ en F Li + en F Cs + en F Na + en S 2 Ba 2+ en O 2 E p (kj/mol) F Ca 2+ F 2090

12 12

13 Lewistheorie 13

14 Lewissymbool atomen 14 IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA H.. Be.. B.. C.. N enkel valentieschaalelektronen..... : hoogst bezette E-niveau. O: :. :F. : : Lewistheorie: e-paren + octetregel observatie: in binaire ionaire verbindingen hebben de atomen een edelgasconfiguratie duet

15 Lewisvoorstelling ionen Na. +. Cl: Na + Cl: : : + : : : He H Li Be O F Ne Na Mg S Cl Ar K Ca Se Br Kr Rb Sr Te I Xe Cs Ba Pb At Rn Fr Ra verklaart in vele gevallen stoichiometrie ionaire verbindingen is eenvoudig MAAR staat volledig los van QM-atoommodel

16 Opgave Chloor kan voorkomen in positieve en in negatieve oxidatietoestanden. Wat is het maximale negatieve en positieve oxidatiegetal dat chloor kan hebben. Schrijf de elektronenconfiguratie voor elk van deze toestanden. Cl : [Ne] 3s 2 3p x2 3p y2 3p z 1 Cl 7+ : [Ne] 3s 2 3p x2 3p y2 3p z2 of [Ar]

17 17

18 Roosterenergie 18

19 Roosterenergie: definitie 19 + ( + M g) X (g) MX(s) E M + (g) X - (g) Energie E = roosterenergie MX (s) roosterenergie = maat voor de sterkte van de aantrekkingskracht van de ionen in het kristalrooster

20 20

21 M Bijdrage roosterenergie tot stabiliteit ( s) X2 (g) MX(s) reactanten Zie ook H 9 21 E = toestandsfunctie E pad2 = E f E i Globale reactie = Σ j deelreacties E pad1 = E f E i Globale E = E eind E begin = Σ E j Evaluatie bijdrage roosterenergie tot stabiliteit ionaire verbinding: globale reactie ontbinden in hypothetische deelstappen met gekende energieverandering; één van de deelstappen is M + (g) + X- (g) MX (s) producten toestand i toestand f E i f = E f E i E is ONafhankelijk van de manier waarop de omzetting van reactanten naar producten uitgevoerd wordt

22 Li stap 1: sublimatie Li Li 1 2 ( s) + F2 (g) LiF(s) ( s) Li(g) E (kj) endotherm stap 2: IE1 Li + (g Li Li ) (g) + e endotherm stap 3: atomisatie F 2 1 F 2 (g) F 2 (g) + 77 endotherm stap 4: EA1 F F ( g) + e F (g) -328 exotherm stap 5: roosterenergie Li + ( g) + F (g) LiF(s) exotherm Σ deelreacties Li 1 2 ( s) + F2 (g) LiF(s) -617 roosterenergie is drijvende kracht vorming ionaire verbinding

23 23 Li + (g) + F (g) IE1 Li = kj EA1 F = 328 kj Li (g) + F (g) +192 kj Li + (g) + F- (g) Li (s) + F (g) Li (s) + ½ F 2(g) sublimatie Li (s) atomisatie ½ F 2(g) 855 kj Roosterenergie 1047 kj 617 kj Li (s) + ½ F 2(g) LiF (s) Li (g) + F (g) LiF (s) Li (g) + F (g) Li + (g) + F - (g) LiF (s) E = 617 kj E = 855 kj E = +192 kj

24 24

25 Opgave Bereken E voor de reactie ½ Li 2(g) Li + (g) + e. Teken ook een energiediagramma. IE voor Li = 520 kj/mol BDE Li-Li = 110 kj/mol E = kj

26 26

27 roosterenergie = f(lading ionen en afstand tussen ionen) 27 f(structuur rooster) q1 q2 roosterenergie = k r lading ionen roosterenergie afstand ionen roosterenergie r = f(straal ionen)

28 straal kation straal anion 28 roosterenergie

29 q1 q2 roosterenergie = k r 29 ECoulomb (kj/mol) r = 200 pm q 1 q 2 = ECoulomb (kj/mol) q 1 * q 2 r (pm) invloed lading ionen overweegt op invloed grootte ionen

30 Studie-opgave Welk van volgende lijsten van ionaire verbindingen is niet gerangschikt in volgorde van toenemende roosterenergie? a) NaI, NaCl, NaF b) BaI 2, BaBr 2, BaCl 2 c) CsCl, RbCl, KCl d) NaCl, CaCl 2, BeO KI, MgO, CaO e) KI, MgO, CaO

31 31

32 Opgave De roosterenergie voor de oxiden en chloriden van ijzer(ii) en ijzer(iii) bedragen 2631, 3865, 5359 en kj/mol. Koppel de formule van de betrokken ionaire verbindingen met de roosterenergie. Verklaar je antwoord. FeCl 2 FeO FeCl 3 kj/mol Fe 2 O

33 33

34 34 Verklaring eigenschappen ionaire verbindingen

35 Brosheid 35 ionaire verbindingen breken bij uitoefenen van een uitwendige kracht

36 36 Geleidbaarheid in smelt en in oplossing solvatatie ionen anode katode vast: ionen zijn gefixeerd in rooster ionen zijn geen ladingsdragers anionen kationen geen geleidbaarheid smelt of oplossing: ionen zijn beweeglijk ionen zijn ladingsdragers geleidbaarheid

37 Hoog smeltpunt en hoog kookpunt 37 damp damp bestaat uit ionenparen smelt roosterenergie smeltpunt vast Coulomb aantrekking ionen kookpunt

38 Examenstof 38 belangrijke vaardigheden berekenen van roosterenergie via deelreacties evaluatie van energiebijdragen in de berekening van roosterenergie; welke factoren zijn energetisch gunstig/ongunstig bepalen invloed lading/straal ionen op roosterenergie in reeks ionaire verbindingen