PrintWyklad 20_Intra1

(1)

1. Układ okresowy – metale i niemetale 2. Oddziaływania inter- i intramolekularne 3. Ciała stałe – rodzaje sieci krystalicznych 4. Przewodnictwo ciał stałych

Chemia nieorganiczna

1 H 3 Li 11 Na 19 K 37 Rb 55 Cs 87 Fr 4 Be 12 Mg 20 Ca 38 Sr 56 Ba 88 Ra 21 Sc 39 Y 57 La 89 Ac 22 Ti 40 Zr 72 Hf 104 Unq 23 V 41 Nb 73 Ta 105 Unp 24 Cr 42 Mo 74 W 106 Unh 25 Mn 43 Tc 75 Re 107 Uns 26 Fe 44 Ru 76 Os 108 Uno 27 Co 45 Rh 77 Ir 109

Une Uun110 Uuu111 28 Ni 46 Pd 78 Pt 29 Cu 47 Ag 79 Au 30 Zn 48 Cd 80 Hg 31 Ga 49 In 81 Tl 5 B 13 Al 32 Ge 50 Sn 82 Pb 6 C 14 Si 33 As 51 Sb 83 Bi 7 N 15 P 34 Se 52 Te 84 Po 8 O 16 S 9 F 17 Cl 35 Br 53 I 85 At 10 Ne 18 Ar 36 Kr 54 Xe 86 Rn 2 He 1 2 13 14 15 16 17 18 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Pierwiastki

metale niemetale

(2)

Une Uun110 Uuu111 28 Ni 46 Pd 78 Pt 29 Cu 47 Ag 79 Au 30 Zn 48 Cd 80 Hg 31 Ga 49 In 81 Tl 5 B 13 Al 32 Ge 50 Sn 82 Pb 6 C 14 Si 33 As 51 Sb 83 Bi 7 N 15 P 34 Se 52 Te 84 Po 8 O 16 S 9 F 17 Cl 35 Br 53 I 85 At 10 Ne 18 Ar 36 Kr 54 Xe 86 Rn 2 He 1 2 13 14 15 16 17 18 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 gazy ciecze

Pierwiastki

Oddziaływania intra- i intermolekularne

Jakie siły wiążą cząsteczki pomiędzy sobą?

(3)

Rodzaje oddziaływań l Jonowe l Dipolowe l Dyspersyjne Oddziaływania intra- i intermolekularne jon-jon (intra) dipol-dipol (inter)

dipol indukowany-dipol indukowany (inter)

si ła oddz ia ływ an ia Oddziaływania intra- i intermolekularne Rodzaje oddziaływań l Jonowe l Dipolowe l Dyspersyjne + -e

(4)

Oddziaływania intra- i intermolekularne Rodzaje oddziaływań l Jonowe l Dipolowe l Dyspersyjne +δ -δ cząsteczki spolaryzowane=dipole Oddziaływania intra- i intermolekularne Rodzaje oddziaływań l Jonowe l Dipolowe l Dyspersyjne +δ -δ cząsteczki spolaryzowane=dipole moment dipolowy ≠0 µ = ₌δ . . _l

(5)

Oddziaływania intra- i intermolekularne Rodzaje oddziaływań l Jonowe l Dipolowe l Dyspersyjne Attraction Repulsion + – – + + – + – – + + – + – – + – + – + cząsteczki polarne=dipole moment dipolowy ≠0 µ = ₌δ . . _l Oddziaływania intra- i intermolekularne Rodzaje oddziaływań l Jonowe l Dipolowe l Dyspersyjne cząsteczka H₂O (b) H Lone pair Bonding pair Bonding pair Lone pair H O H H O -+

(6)

Oddziaływania intra- i intermolekularne Rodzaje oddziaływań l Jonowe l Dipolowe l Dyspersyjne Wiązania wodorowe rodzaj oddziaływania: 90% dipol-dipol 10% kowalencyjne cząsteczka H2O H H O -+ H H O H H O H H O -+ -+ Oddziaływania intra- i intermolekularne Rodzaje oddziaływań l Jonowe l Dipolowe l Dyspersyjne Wiązania wodorowe rodzaj oddziaływania: 90% dipol-dipol 10% kowalencyjne cząsteczka H2O H H O -+ H H O H H O H H O -+ -+

(7)

Oddziaływania intra- i intermolekularne Rodzaje oddziaływań l Jonowe l Dipolowe l Dyspersyjne Wiązania wodorowe 10_210 – 100 0 100 – 200 T em pe rat ur a w rz en ia , ° C okres 2 3 4 5 H2O Groupa 6A Groupa 7A Groupa 5A Groupa 4A HF NH3 CH4 SiH4 GeH4 SnH4 HI SbH3 H2Te H2S H2Se HCl AsH3 HBr PH3 10_210 – 100 0 100 – 200 T em pe rat ur a w rz en ia , ° C okres 2 3 4 5 H2O Groupa 6A Groupa 7A Groupa 5A Groupa 4A HF NH3 CH4 SiH4 GeH4 SnH4 HI SbH3 H2Te H2S H2Se HCl AsH3 HBr PH3 1 H 3 Li 11 Na 19 K 37 Rb 55 Cs 87 Fr 4 Be 12 Mg 20 Ca 38 Sr 56 Ba 88 Ra 21 Sc 39 Y 57 La 89 Ac 22 Ti 40 Zr 72 Hf 104 Unq 23 V 41 Nb 73 Ta 105 Unp 24 Cr 42 Mo 74 W 106 Unh 25 Mn 43 Tc 75 Re 107 Uns 26 Fe 44 Ru 76 Os 108 Uno 27 Co 45 Rh 77 Ir 109

Une Uun110 Uuu111 28 Ni 46 Pd 78 Pt 29 Cu 47 Ag 79 Au 30 Zn 48 Cd 80 Hg 31 Ga 49 In 81 Tl 5 B 13 Al 32 Ge 50 Sn 82 Pb 6 C 14 Si 33 As 51 Sb 83 Bi 7 N 15 P 34 Se 52 Te 84 Po 8 O 16 S 9 F 17 Cl 35 Br 53 I 85 At 10 Ne 18 Ar 36 Kr 54 Xe 86 Rn 2 He 1 2 13 14 15 16 17 18 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 metale niemetale Oddziaływania intra- i intermolekularne Wiązania wodorowe

(8)

Oddziaływania intra- i intermolekularne Rodzaje oddziaływań l Jonowe l Dipolowe l Dyspersyjne Wiązania wodorowe Rodzaj atomów: - duża elektroujemność - małe rozmiary

- wolna para elektronowa

Charakter wiązania

- wiązanie

donorowo-akceptorowe

- orbitale molekularne

zdelokalizowane

- energia wiązania ∼20kJ/mol

Oddziaływania intra- i intermolekularne Rodzaje oddziaływań l Jonowe l Dipolowe l Dyspersyjne DNA Wiązania wodorowe

(9)

Oddziaływania intra- i intermolekularne Rodzaje oddziaływań l Jonowe l Dipolowe l Dyspersyjne

atomy lub cząsteczki niepolarne moment dipolowy =0

oddziaływania Londona, Van der Waalsa

polaryzowalność≠0 moment dip. indukowany

Oddziaływania intra- i intermolekularne Rodzaje oddziaływań l Jonowe l Dipolowe l Dyspersyjne 211 Atom A Atom B No polarization Atom A Atom B Instantaneous dipole on atom A induces a dipole on atom B

Atom A Atom B δ+ δ– δ+ δ– _δ– _δ+ + + + + + + + + + + No polarization

Instantaneous dipole on molecule A induces a dipole on molecule B

Molecule A Molecule B Molecule A Molecule B Molecule A Molecule B H H H H δ+ δ– δ+ δ– δ+ δ– H H H H H H H H polaryzowalność≠0 moment dip. Indukowany zależy od rozmiarów cząsteczek

(10)

Oddziaływania intra- i intermolekularne Rodzaje oddziaływań l Jonowe l Dipolowe l Dyspersyjne -111.9 Xe -157.3 Kr -189.4 Ar -248.6 Ne -269.7 He* Temperatura krzepnięcia, °C Pierwiastek p=1 atm *_{p>1 atm} Film: LONDON.MOV Oddziaływania intra- i intermolekularne Rodzaje oddziaływań

Przykład 1 Jakie oddziaływania występują pomiędzy cząsteczkami? NH₄Cl CF₃(CF₂CF₂)_nCF₃(teflon) CH₃(CH₂CH₂)_nCH₃(polietylen) CHCl₃ BaSO₄ P₄ NO BF₃

(11)

Rodzaje oddziaływań

Przykład 2 Dla której cząsteczki w parze oddziaływania intermolekularne są większe? CO₂ OCS PF₃ PF₅ CH₃CH₂CH₂NH₂ NH₂CH₂CH₂NH₂ HF HBr SO₃ SO₂ CH₃OH H₂CO Oddziaływania intra- i intermolekularne Rodzaje oddziaływań

Przykład 3 Uzasadnij różnice w temperaturach wrzenia:

CH₃CH₂CH₂CH₂CH₃ 36.2 o_C CH₃ CH₃ CH₃ CH₃ C 9.5 o_C n-pentan neopentan

(12)

CH₃OCH₃ -25 o_C _{eter dimetylowy}

alkohol etylowy

CH₃CH₂OH 79 o_C

n-propan

CH₃CH₂CH₃ -42 o_C

(13)

n-propan

CH₃CH₂CH₃ -42 o_C

CH₃OCH₃ -25 o_C _{eter dimetylowy}

LiCl 1360 o_C

(14)

Ciała stałe

Struktury krystaliczne

1. Co to jest sieć krystaliczna? 2. Jakie są rodzaje sieci?

3. Jakie są rodzaje krystalicznych ciał stałych?

Simple cubic Polonium metal

Ciała stałe

Struktury krystaliczne komórka

elementarna typ sieci przykład

(15)

Ciała stałe

Struktury krystaliczne Body-centered cubic Uranium metal komórka

bcc

regularna przestrzennie centrowana

Face-centered cubic Gold metal

Ciała stałe

Struktury krystaliczne komórka

fcc

(16)

Simple cubic

Body-centered cubic

Face-centered cubic

Unit cell Lattice Example

Polonium metal Uranium metal Gold metal

Ciała stałe

Struktury krystaliczne Jak je określać? XRD – X-ray diffraction

(17)

Ciała stałe

XRD – X-ray diffraction

dyfrakcja promieni rentgenowskich

θ θ

d

θ w θ

y

x z

promienie padające promienie odbite

( )

θ

λ = d2 ⋅sin

n

Równanie Braggów

Ciała stałe

Rodzaje krystalicznych ciał stałych

= Cl−

= Na+ = H2O

= C

(18)

Ciała stałe

Rodzaje krystalicznych ciał stałych

jonowe jonowe jony jony jonowe dipolowe dipolowe dyspersyjne dyspersyjne cz cząąsteczkisteczki molekularne dyspersyjne dyspersyjne kowalencyjne kowalencyjne skierowane skierowane kowalencyjne kowalencyjne zdelokalizowane zdelokalizowane wi wiąązania/zania/ oddzia oddziałływaniaywania

atomy gr. 8 atomy gr. 8 atomy niemetalu atomy niemetalu atomy metalu atomy metalu w w w węźęźle siecile sieci Grupa 8 Grupa 8 Niemetaliczne/ Niemetaliczne/ kowalencyjne kowalencyjne metaliczne metaliczne atomowe

Sieci krystaliczne

atomowe

(19)

Une Uun110 Uuu111 28 Ni 46 Pd 78 Pt 29 Cu 47 Ag 79 Au 30 Zn 48 Cd 80 Hg 31 Ga 49 In 81 Tl 5 B 13 Al 32 Ge 50 Sn 82 Pb 6 C 14 Si 33 As 51 Sb 83 Bi 7 N 15 P 34 Se 52 Te 84 Po 8 O 16 S 9 F 17 Cl 35 Br 53 I 85 At 10 Ne 18 Ar 36 Kr 54 Xe 86 Rn 2 He 1 2 13 14 15 16 17 18 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Metale

metale niemetale

Metale

(20)

Metale

Sposoby ciasnego upakowania sieci

8

Atom in third layer lies over atom in first layer. Top view hcp 1 2 3 4 6 5 7 8 9 11 12 10 sieć heksagonalna - hcp A B A

Metale

(21)

fcc hcp

Metale

Sposoby ciasnego upakowania sieci

0.1332 0.1332 HCP HCP Zinc Zinc 0.1371 0.1371 BCC BCC Tungsten Tungsten 0.1445 0.1445 HCP HCP Titanium

Titanium((AlphaAlpha))

0.1430 0.1430 BCC BCC Tantalum Tantalum 0.1445 0.1445 FCC FCC Silver Silver 0.1387 0.1387 FCC FCC Platinum Platinum 0.1246 0.1246 FCC FCC Nickel Nickel 0.1363 0.1363 BCC BCC Molybdenum Molybdenum 0.1599 0.1599 HCP HCP Magnesium Magnesium 0.1750 0.1750 FCC FCC Lead Lead 0.1241 0.1241 BCC BCC Iron

Iron((AlphaAlpha))

0.1442 0.1442 FCC FCC Gold Gold 0.1278 0.1278 FCC FCC Copper Copper 0.1253 0.1253 HCP HCP Cobalt Cobalt 0.1249 0.1249 BCC BCC Chromium Chromium 0.1490 0.1490 HCP HCP Cadmium Cadmium 0.1431 0.1431 FCC FCC Aluminum Aluminum Atomic

AtomicRadiusRadius((nmnm))

Crystal

CrystalStructureStructure

Metal

Metale

(22)

Metale

Wiązania – struktura pasmowa

3s1

Na

1 2 3 4

energia

Metale

Wiązania – struktura pasmowa

energia

16 6⋅1023

(23)

Metale

Przwodniki – struktura pasmowa

3s

Na

energia

najwyższy obsadzony poziom

3p najniższy nieobsadzony poziom

pasmo przewodnictwa