Odpowiedź :
Podczas zgłębiania wiedzy chemicznej nie trzeba uczyć się wszystkiego na pamięć. Często wystarczy znajomość pewnych ogólnych reguł, które pozwalają na opisywanie nowych faktów. Przykładem są wzory sumaryczne niektórych związków, które w dość prosty sposób można prawidłowo zapisać na podstawie tylko jednej informacji o pierwiastkach tworzących substancję złożoną.
Już wiesz
w jaki sposób atomy pierwiastków tworzą wiązania jonowe i kowalencyjne.
Nauczysz się
definiować pojęcie wartościowości;
odczytywać z układu okresowego maksymalne wartościowości pierwiastków chemicznych grup 1., 2. oraz od 13. do 17. układu okresowego w ich związkach z wodorem lub tlenem;
zapisywać wzory sumaryczne dwupierwiastkowych związków chemicznych na podstawie informacji o wartościowości tworzących ich pierwiastków;
określać wartościowość jednego pierwiastka chemicznego w związku, gdy znana będzie wartościowość drugiego;
rozpoznawać tlenek na podstawie jego wzoru sumarycznego;
zapisywać wzór sumaryczny tlenku, znając jego nazwę;
rysować wzory strukturalne dwupierwiastkowych związków chemicznych, wiedząc, jaka jest wartościowość pierwiastków, które je tworzą.
1. Co to jest wzór strukturalny cząsteczki?
Na podstawie wzorów sumarycznych związków kowalencyjnych można ustalić skład ich cząsteczek: liczbę i rodzaj atomów pierwiastków. Jednak nie jesteśmy w stanie przewidzieć, w jaki sposób atomy są ze sobą połączone. Tej informacji dostarcza inny wzór, zwany wzorem strukturalnym. Odzwierciedla on sposób połączenia atomów w cząsteczce. We wzorze strukturalnym, podobnie jak we wzorze sumarycznym, posługujemy się symbolami pierwiastków do oznaczenia atomów tworzących cząsteczkę związku chemicznego. Za pomocą kresek przedstawiamy wiązania pomiędzy atomami (jedna kreska symbolizuje jedno wiązanie).
Na przykład cząsteczka wody o wzorze sumarycznym
ma następujący wzór strukturalny:
Kliknij, aby uruchomić podglądIlustracja przedstawia wzór strukturalny wody. Pary elektronowe zapisano za pomocą kresek.
Źródło: Krzysztof Jaworski, Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Na jego podstawie możemy stwierdzić, że w cząsteczce wody każdy atom wodoru jest połączony z atomem tlenu wiązaniem pojedynczym oraz że atomy wodoru nie są ze sobą związane. Wzór strukturalny nie określa, jak poszczególne atomy są ułożone w przestrzeni.
Czy można opisywać związki jonowe za pomocą wzorów strukturalnych?
Z uwagi na brak możliwości wyróżnienia w kryształach jonowych izolowanych struktur (cząsteczek) związków jonowych nie opisujemy za pomocą wzorów strukturalnych.
Kliknij, aby uruchomić podglądTabela przedstawiająca wzory sumaryczne i strukturalne pięciu przykładowych substancji. W lewej kolumnie znajdują się wzory sumaryczne, a w prawej strukturalne. I tak wodór H2 ma postać prostej pary atomów połączonych jedną parą elektronową, podobnie jak bromowodór czyli HBr. Siarkowodór to cząsteczka podobna w kształcie strukturalnym do wody, a więc z atomem siarki w środku z którym atomy wodoru połączone są pojedynczymi parami elektronowymi pod kątem 90 stopni do siebie. Amoniak o wzorze NH3 ma atom azotu w środku, a połączone z nim pojedynczymi parami elektronowymi atomy wodoru rozmieszczone na wierzchołkach trójkąta równobocznejgo. Dwutlenek węgla CO2 to cząsteczka liniowa, w której węgiel i połączone z nim podwójnymi parami elektronowymi atomy tlenu tworzą jedną poziomą linię.
Źródło: Krzysztof Jaworski, Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
2. Co to jest wartościowość?
Liczbę wiązań, które tworzy atom danego pierwiastka chemicznego, łącząc się z innymi atomami, nazywa się wartościowością. Przy jej opisywaniu posługujemy się liczbami rzymskimi.
Wartościowość pierwiastków tworzących związek kowalencyjny możemy łatwo określić na podstawie wzoru strukturalnego związku.
Kliknij, aby uruchomić podglądIlustracja przedstawia schemat określania wartościowości atomu na przykładzie azotu w cząsteczce amoniaku. Po lewej stronie obrazka znajduje się strukturalny wzór amoniaku z atomem azotu w środku i połączonymi z nim trzema atomami wodoru. Wiązania wodoru z azotem są kolejno ponumerowane. Po prawej stronie znajduje się tekst podsumowujący: Atom azotu tworzy 3 wiązania, więc jego wartościowość wynosi trzy. Sama wartościowość pod koniec tego zdania zapisana jest w nawiasie liczbą rzymską.
Źródło: Krzysztof Jaworski, Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Kliknij, aby uruchomić podglądIlustracja przedstawia schemat określania wartościowości atomu na przykładzie wodoru w cząsteczce amoniaku. Na obrazku widoczny jest ten sam wzór strukturalny co poprzednio, jednak symbole wodoru oraz odchodzące od nich wiązania zostały wyróżnione kolorem czerwonym.
Każdy z atomów wodoru tworzy jedno wiązanie – wartościowość wodoru wynosi jeden (I)
Kliknij, aby uruchomić podglądIlustracja przedstawia wzór strukturalny dwutlenku węgla z atomem węgla w środku i połączonymi z nim wiązaniami podwójnymi dwoma atomami tlenu po bokach.
W cząsteczce dwutlenku węgla każdy z atomów tlenu jest związany z atomem węgla za pomocą wiązania podwójnego (utworzonego przez dwie wspólne pary elektronowe), a atom węgla tworzy razem cztery wiązania. Wartościowość tlenu wynosi dwa (II), a węgla – cztery (IV)
Jak określamy wartościowość pierwiastków chemicznych w związkach jonowych?
W przypadku związków jonowych wartościowość pierwiastka jest równa liczbowo ładunkowi jego jonu, który występuje w krysztale związku. Przy określaniu wartościowości jonów pomijamy znaki dodatnie i ujemne.
Kliknij, aby uruchomić podglądIlustracja przedstawia wycinek atomowego modelu kryształku chlorku sodu, czyli soli kamiennej. Z lewej strony widoczny jest sześcian składający się z większych i mniejszych kół złożonych w regularny deseń, które dla większej czytelności obrazka zostały wyszarzone. Jeden anion chlorkowy i jeden kation sodu sąsiadujące ze sobą zostały wyróżnione kolorami, a po prawej stronie znajduje się ich opis z symbolami Na+ i Cl-.
Chlorek sodu NaCl zbudowany jest z kationów sodu (jednododatnich) i anionów chlorkowych (jednoujemnych). Pamiętając, że wartościowość odpowiada ładunkowi jonu bez uwzględnienia jego ładunku, określamy tę wielkość dla atomów sodu i chloru w krysztale jonowym. Wartościowość sodu i chloru w chlorku sodu jest równa jeden (I)
Kliknij, aby uruchomić podglądIlustracja przedstawia wycinek atomowego modelu kryształku chlorku magnezu. Z lewej strony widoczny jest sześcian składający się z większych i mniejszych kół złożonych w regularny deseń, które dla większej czytelności obrazka zostały wyszarzone. Dwa aniony chlorkowe i jeden anion magnezowy tworzące cząsteczkę zostały wyróżnione kolorami, a po prawej stronie znajduje się ich opis z symbolami Mg2+ i Cl-.
Chlorek magnezu jest zbudowany z kationów magnezu (dwudodatnich) i anionów chlorkowych (jednoujemnych). Dlatego wartościowość magnezu w tym związku wynosi dwa (II), a chloru równa jest jeden (I)
3. Czy pierwiastki mogą mieć dowolną wartościowość?
Są pierwiastki, których wartościowość w większości tworzonych przez nie związków chemicznych jest stała. Na przykład sód czy wodór zawsze mają wartościowość równą jeden (I). Istnieją również i takie pierwiastki, które w zależności od rodzaju związku mogą wykazywać różną wartościowość. Na przykład węgiel w związku o wzorze przyjmuje wartościowość równą dwa (II), a w dwutlenku węgla
jego wartościowość wynosi cztery (IV).
Układ okresowy może stanowić pewną pomoc w przewidywaniu maksymalnej wartościowości niektórych pierwiastków w związkach z wodorem lub tlenem.
Maksymalna wartościowość pierwiastków względem wodoru
Wyjaśnienie:
