10.1 – Elektronprikformler – kemi.androide.dk

Elektronprikformler for molekylære forbindelser eller sammensatte ioner, bruger de elektronpriksymboler, som er vist i tabel 10.1. For grundstoffer med en til fire valenselektroner, placeres prikkerne en ad gangen på siderne, toppen og bunden af atomsymbolet. For grundstoffer med mere end fire valenselektroner, parres hver tilføjet prik, til en af de første fire prikker.

Tegning af elektronprikformler

Når vi tegner en elektronprikformel for et molekyle eller en sammensat ion, viser vi sekvensen af atomer, elektronbindingsparrene delt mellem atomerne, og ikke-bindende eller enlige par af elektroner. For formlen, identificerer vi det centrale atom, hvilket er det grundstof der er færrest af. Derefter, bindes det centrale atom, med de øvrige atomer som det er vist i Konceptforståelse 10.1

Konceptforståelse 10.1

Enlige par og bindingspar

Angiv antallet af valenselektroner, bindingspar, og ikke-bindende par (enlige) af elektroner, i hver af følgende elektronprikformler:

a. b.

Løsning

a. Atomet O, er det centrale atom, fordi der er færre O-atomer end H-atomer. H-atomerne placeres derefter omkring O-atomet. Der er otte valenselektroner: hvert H-atom har en valenselektron, og O-atomet har seks valenselektroner. Der er to bindingspar af elektroner: et mellem hvert H-atom og det centrale O-atom. O-atomet har 2 enlige elektronpar.

b. Atomet O, er det centrale atom, fordi der er færre O-atomer end Br-atomer. Br-atomerne placeres herefter omkring O-atomet. Der er tyve valenselektroner: hvert Br-atom har syv valenselektroner, og O-atomet har seks valenselektroner. Der er to bindingspar af elekroner: et mellem hvert Br-atom og det centrale O-atom. O-atomet har to enlige elektronpar; hvert Br-atom har tre enlige elektronpar.

Opgaveeksempel 10.1

Tegning af elektronprikformler

Tegn elektronprikformlen for PCl₃, phosphortrichlorid, der industrielt bruges i insekticider og brandhæmmere.

Løsning

Trin 1:
Find ud af hvordan atomerne er arrangeret. I PCl₃, er P det centrale atom, da der kun er et P atom.

Trin 2:
Find det samlede antal valenselektroner. Vi bruger gruppenumrene i det periodiske system, til at afgøre antallet af valenselektroner for hvert af atomerne i molekylet.

Trin 3:
Sæt hvert forbundet atom, til det centrale atom med et elektronpar. Hvert bindingspar, kan også repræsenteres af en bindingslinje.

eller

Trin 4:
Placer de resterende valenselektroner, ved at bruge enkelt-, dobbelt, eller tripelbindinger, for at opfylde oktetterne. Seks (3 x 2 $e^{-}$ ) bruges til forbindelserne til det centrale P-atom for de tre Cl atomer. Der er derfor 20 valenselektroner tilbage:

26 valens $e^{-}$ – 6 bindende $e^{-}$ = 20 $e^{-}$ tilbage

Vi bruger de resterende 20 elektroner som enlige elektronpar, der placeres omkring de ydre Cl-atomer og P-atomet, således at alle atomerne opfylder oktetreglen.

eller

Opgaveeksempel 10.2

Tegning af elektronprikformler for sammensatte ioner

Natriumchlorit, NaClO₂, er en ionforbindelse, som indeholder en chlorition, ClO₂^–. Det bruges blandt andet, til at blege tekstiler og papir. Tegn elektronprikformlen for chloritionen.

Løsning

Trin 1:
Find ud af hvordan atomerne er arrangeret. For den sammensatte ion ClO₂^–, er det centrale atom Cl, fordi der kun er et Cl atom. For en sammensat ion, sættes atomerne og elektronerne i kantede parenteser, og ladningen skrives uden for parenteserne i øverste højre hjørne.

$\left [ \textup{O\; \; \; Cl\; \; \; O} \right ]^{-}$

Trin 2:
Find det samlede antal valenselektroner. Vi bruger gruppenumrene i det periodiske system, til at afgøre antallet af valenselektroner for hvert af atomerne i ionen. Fordi ionen har en negativ ladning, tilføjes en mere elektron til valenselektronerne.

Trin 3:
Sæt hvert forbundet atom til det centrale atom med et elektronpar. Hvert bindingspar, kan også repræsenteres af en bindingslinje.

Trin 4:
Placer de resterende valenselektroner ved at bruge enkelt-, dobbelt, eller tripelbindinger, for at opfylde oktetterne. Fire bruges til forbindelserne til det centrale Cl-atom for de to O atomer. Der er derfor 16 valenselektroner tilbage. Af disse, tegnet 12 elektroner som enlige elektronpar omkring O-atomerne, så de opfylder oktetreglen:

I ClO2-, er det centrale Cl-atom bundet til to O-atomer.

De resterende 4 elektroner som to enlige elektronpar, omkring det centrale Cl-atom:

Når vi kontrollerer elektronprikformlen ser vi, at alle 20 tilgængelige valenselektroner – to bindingspar og otte enlige par – er blevet brugt for at opfylde oktetreglen for alle atomerne.

Flere kovalente bindinger og resonans

Indtil nu, har vi kun set på kovalente bindinger i molekyler og ioner, som kun indeholder enkeltbindinger. I nogle molekylære forbindelser, deler nogle atomer imidlertid to eller tre par af elektroner, for at færdiggøre deres oktetter. En dobbeltbinding forekommer, får to elektronpar deles; i en tripelbinding, deles tre elektronpar. Atomer af carbon, oxygen, nitrogen, og svovl, er de mest sandsynlige atomer til at danne dobbelt- eller tripelbindinger.

Dobbelt- og tripelbindinger opstår, når der ikke er nok valenselektroner, til at opfylde oktetreglen for nogle af atomerne i molekylet eller den sammensatte ion. Så vil et eller flere enlige elektronpar fra atomerne bundet til det centrale atom, blive delt med det centrale atom.

For eksempel, er der dobbeltbindinger i CO₂ fordi, to elektronpar deles mellem carbonatomet og hvert oxygenatom, for at opfylde oktetreglen. Processen for at tegne en elektronprikformel for CO₂, er vist i Opgaveeksempel 10.3.

Opgaveeksempel 10.3

Tegning af elektronprikformler med dobbeltbindinger

Tegn elektronprikformlen for carbondioxid, CO₂

Løsning

Trin 1:
Find ud af hvordan atomerne er arrangeret. Det centrale atom er C, fordi der kun er et C-atom.

$\textup{C\; \; \; O\; \; \; C}$

Trin 2:
Find det samlede antal valenselektroner. bruger gruppenumrene i det periodiske system, til at afgøre antallet af valenselektroner for hvert af atomerne i molekylet. Carbonatomet har 4 valenselektroner, mens hvert oxygenatom har seks valenselektroner. Dette giver et samlet antal valenselektroner på 16 for molekylet.

Trin 3:
Sæt hvert forbundet atom til det centrale atom med et elektronpar.

Trin 4:
Placer de resterende valenselektroner, ved at bruge enkelt-, dobbelt-, eller tripelbindinger, for at opfylde oktetterne. Fordi vi brugte fire valenselektroner til bindingerne mellem C-atomet og de to O-atomer, er der 12 valenselektroner tilbage:

16 valens $e^{-}$ – 4 bindende $e^{-}$ = 12 $e^{-}$ tilbage.

De resterende 12 elektroner, placeres som seks enlige par omkring O-atomerne. Dette færdiggør imidlertid ikke en oktet for C-atomet:

For at færdiggøre oktetten omkring C-atomet, deles yderligere et enligt par fra hvert O-atom. Når to bindingspar optræder mellem atomer, er det en dobbeltbinding:

Konceptforståelse 10.2

Tripelbindinger i molekylære forbindelser

Det kovalente molekyle N₂, indeholde en tripelbinding. Vis hvordan N-atomerne opnår at opfylde oktetreglen, ved en tripelbinding.

Svar

Fordi nitrogen er i gruppe 5A (15), har hvert N-atom fem valenselektroner. Et par elektroner, bruges til at binde de to N-atomer sammen; hvert N-atom har nu seks valenselektroner. Hvert N-atom opnår en oktet, ved at dele to yderligere enlige elektronpar, hvilket kaldes en tripelbinding:

Resonansstrukturer

Når et molekyle eller en sammensat ion indeholder dobbelt- eller tripelbindinger, kan det være muligt at tegne mere end en elektronprikformel. Vi kan se hvordan dette kan være tilfældet, når vi tegner elektronprikformlen for ozon, O₃, en del af stratosfæren som beskytter os mod Solens ultraviolette stråler.

For at tegne elektronprikformlen for O₃, skal vi først finde ud af, hvor mange valenselektroner et O-atom har, og herefter det samlede antal valenselektroner. Ozon, vil derfor have et samlet antal valenselektroner på 18:

O 6A (16) 3 O x $e^{-}$ = 16 $e^{-}$

Ozon, O3, er en bestanddel af stratosfæren, som beskytter os mod Solens ultraviolette stråler.

Til elektronprikformlen for O₃, placerer vi tre O-atomer på en række, og definerer O-atomet i midten, som det centrale atom. Ved at bruge fire af de tilgængelige valenselektroner, kan vi tegne et bindende par mellem O-atomerne i enderne og det centrale O-atom. To bindende par, bruger fire valenselektroner.

De resterende valenselektroner (14), placeres som enlige par af elektroner, rundt om O-atomerne i begge ender af elektronprikformlen, og et enligt par omkring det centrale O-atom:

For at give en komplet oktet for det centrale O-atom, skal et enligt par af elektroner fra en af enderne, deles med det centrale O-atom. Men hvilket enligt par skal bruges? En mulighed er at danne en dobbeltbinding mellem det centrale O-atom og O-atomet til venstre, og den anden mulighed er at danne en dobbeltbinding med O-atomet til højre:

eller

Derfor er det muligt at tegne to eller flere elektronprikformler for et molekyle som O₃, eller for en sammensat ion. Når dette forekommer, kaldes alle mulige elektronprikformler for resonansstrukturer, og deres forhold til hinanden vises, ved at tegne en dobbeltrettet pil imellem dem:

Eksperimenter viser, at den faktiske bindinglængde i ozon, er lig med en halvanden binding mellem det centrale O-atom og hvert O-atom i enderne. I et faktisk molekyle, er elektronerne spredt ligeligt hen over alle O-atomerne. Når vi tegner resonansstrukturer af molekyler eller sammensatte ioner, er den sandestruktur i virkeligheden et gennemsnit af de strukturer.

Opgaveeksempel 10.4

Tegning af resonansstrukturer

Svovldioxid dannes ved vulkansk aktivitet og ved afbrænding af svovlholdigt kul. Når det kommer op i atmosfæren, omdannes SO₂ til SO₃, som går sammen med vand og danner H₂SO₄, en bestanddel af syreregn. Tegn de to resonansstrukturer for svovldioxid.

Løsning

Trin 1:
Find ud af hvordan atomerne er arrangeret. I SO₂, er S-atomet det centrale atom, fordi der kun er et S-atom:

O S O

Trin 2:
Find det samlede antal valenselektroner. Vi bruger gruppenumrene i det periodiske system, til at afgøre antallet af valenselektroner for hvert af atomerne i molekylet.

Trin 3:
Sæt hvert forbundet atom til det centrale atom, med et elektronpar.

Kugle-pindmodellen af SO2, består af S (gul) og O (rød) atomer.

Trin 4:
Placer de resterende valenselektroner, ved at bruge enkelt-, dobbelt, eller tripelbindinger, for at opfylde oktetterne. Efter fire elektroner er brugt til dannelse af enkeltbindinger mellem S-atomet og O-atomerne, tegnes de resterende 14 valenselektroner som enlige par, hvilket opfylder oktetreglen for O-atomerne men ikke for S-atomet:

For at færdiggøre oktetten for S-atomet, skal et enligt par af elektroner fra et af O-atomerne deles, og danne en dobbeltbinding. En mulighed er at danne af en dobbeltbinding mellem det centrale S-atom og O-atomet til venstre, og en anden mulighed er at danne en dobbeltbinding med O-atomet til højre:

Konceptforståelse 10.3

Resonansstrukturer

Forklar hvorfor SO₂ har resonansstrukturer mens SCl₂ ikke har.

Svar

I elektronprikformlen for SCl₂, fuldender delingen af valenselektronerne fra hvert Cl-atom, oktetten for S-atomet. I SO₂, skal det centrale S-atom imidlertid danne en dobbeltbinding med et af oxygenatomerne. Derfor, når to eller flere elektronprikformler kan tegnes, har molekylet to eller flere resonansstrukturer.

Tabel 10.2, viser denne metode for tegning af elektronprikformler, for flere molekyler og ioner.

Undtagelser fra oktetreglen

I SF6, er det centrale S-atom bundet til seks F-atomer.

I BCl3, er det centrale B-atom bundet til tre Cl-atomer.

Mens oktetreglen er brugbar ved bindinger i mange forbindelser, er der undtagelser. Vi har allerede set, hvordan hydrogenmolekylet (H₂), kun behøver to elektroner, eller en enkeltbinding. Normalt danner ikke-metallerne oktetter. I BrCl₃, har B-atomet imidlertid kun tre valenselektroner at dele. Borforbindelser har typiske seks valenselektroner omkring det centrale B-atom, og danner kun tre enkeltbindinger. Vi ser generelt forbindelser af P, S, Cl, Br, og I med oktetter, kan de danne molekyler i hvilke, de deler flere af deres valenselektroner. Dette udvider deres antal af valenselektroner til 10, 12, eller endda 14 elektroner.

Vi har for eksempel set, at P-atomet i PCl₃ har en oktet, men i PCl₅, har P-atomet fem bindinger med 12 valenselektroner. I H₂S, har S-atomet en oktet, men i SF₆, er der seks bindinger til svovl, med 12 valenselektroner.

10.2 – Former på molekyler og ioner (VSEPR teori) →