Æfingar

Útskýrðu hvernig σ- og π-tengi eru lík og hvernig þau eru ólík.

Teiknaðu feril sem lýsir orku kerfis með H- og Cl-frumeindum í mismunandi fjarlægðum. Finndu síðan lágmarksorku þessa ferils á tvo vegu.

(a) Notaðu tengiorkuna sem finna má í töflu 8.1 til að reikna út orkuna fyrir eitt stakt HCl-tengi (Vísbending: Hversu mörg tengi eru í einu móli?)

(b) Notaðu hvarfvarma og tengiorku fyrir H₂ og Cl₂ til að reikna út orku eins móls af HCl-tengjum.

$\mathrm{H}\text{2}\text{(}\text{g}\text{)}+\mathrm{Cl}\text{2}\text{(}\text{g}\text{)}\rightleftharpoons \text{2}\mathrm{H}\mathrm{Cl}\text{(}\text{g}\text{)}\text{Δ}\mathrm{H}\text{rxn}\text{°}\text{=}\text{−184,7}\text{kJ/mól}\mathrm{H}\text{2}\text{(}\text{g}\text{)}+\mathrm{Cl}\text{2}\text{(}\text{g}\text{)}\rightleftharpoons \text{2}\mathrm{H}\mathrm{Cl}\text{(}\text{g}\text{)}\text{Δ}\mathrm{H}\text{rxn}\text{°}\text{=}\text{−184,7}\text{kJ/mól}$

Útskýrðu hvers vegna tengi myndast við ákveðna meðaltengilengd í stað þess að frumeindirnar nálgist hvor aðra óendanlega mikið.

Notaðu gildistengjakenninguna til að útskýra tengin í F₂, HF og ClBr. Skissaðu skörun atómsvigrúmanna sem taka þátt í tengjunum.

Notaðu gildistengjakenninguna til að útskýra tengin í O₂. Skissaðu skörun atómsvigrúmanna sem taka þátt í tengjunum í O₂.

Hversu mörg σ- og π-tengi eru í sameindinni HCN?

Vinur þinn segir þér að N₂ hafi þrjú π-tengi vegna skörunar þriggja p-svigrúma á hvorri N-frumeind. Ertu sammála?

Teiknaðu Lewisbyggingar fyrir CO₂ og CO, og spáðu fyrir um fjölda σ- og π-tengja í hvorri sameind.

(a) CO₂

(b) CO

Hvers vegna er hugtakið svigrúmablöndun nauðsynlegt í gildistengjakenningunni?

Tilgreindu lögunina sem lýsir hverju mengi blandaðra svigrúma:

(a) sp²

(b) sp³d

(c) sp

(d) sp³d²

Útskýrðu hvers vegna kolefnisfrumeind getur ekki myndað fimm tengi með því að nota sp³d-blönduð svigrúm.

Hver er svigrúmablöndun miðjufrumeindarinnar í hverju af eftirfarandi?

(a) BeH₂

(b) SF₆

(c) ${\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4}^{3-}$

(d) PCl₅

Sameind með formúluna AB₃ gæti haft eitt af fjórum mismunandi formum. Tilgreindu form og svigrúmablöndun miðjufrumeindarinnar A fyrir hvert þeirra.

Metíónín, CH₃SCH₂CH₂CH(NH₂)CO₂H, er amínósýra sem finnst í próteinum. Lewisbygging þessa efnasambands er sýnd hér að neðan. Hver er gerð svigrúmablöndunar fyrir hverja kolefnis-, súrefnis-, köfnunarefnis- og brennisteinsfrumeind?

$\text{Brennisteinssýra}\text{er}\text{framleidd}\text{með}\text{röð}\text{efnahvarfa}\text{sem}\text{eftirfarandi}\text{jöfnur}\text{sýna:}{\mathrm{S}}_8(\text{s})+\text{8}{\mathrm{O}}_2(\text{g})⟶\text{8}\text{SO₂(g);}\text{2}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2(\text{g})+{\mathrm{O}}_2(\text{g})⟶\text{2}\text{SO₃(g);}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_3(\text{g})+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\text{l})⟶{\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4(\text{l})$

Teiknaðu Lewisbyggingu, spáðu fyrir um sameindarúmfræði með VSEPR-líkaninu og ákvarðaðu svigrúmablöndun brennisteins fyrir eftirfarandi:

(a) hringlaga S₈-sameind

(b) SO₂-sameind

(c) SO₃-sameind

(d) H₂SO₄-sameind (vetnisfrumeindirnar eru tengdar súrefnisfrumeindum)

Tvö mikilvæg iðnaðarefni, eten, C₂H₄, og própen, C₃H₆, eru framleidd með gufusprungu (eða hitasprungu):

$\text{2}\mathrm{C}\text{3}\mathrm{H}\text{8}\text{(}\text{g}\text{)}⟶\mathrm{C}\text{2}\mathrm{H}\text{4}\text{(}\text{g}\text{)}+\mathrm{C}\text{3}\mathrm{H}\text{6}\text{(}\text{g}\text{)}+\mathrm{C}\mathrm{H}\text{4}\text{(}\text{g}\text{)}+\mathrm{H}\text{2}\text{(}\text{g}\text{)}\text{2}\mathrm{C}\text{3}\mathrm{H}\text{8}\text{(}\text{g}\text{)}⟶\mathrm{C}\text{2}\mathrm{H}\text{4}\text{(}\text{g}\text{)}+\mathrm{C}\text{3}\mathrm{H}\text{6}\text{(}\text{g}\text{)}+\mathrm{C}\mathrm{H}\text{4}\text{(}\text{g}\text{)}+\mathrm{H}\text{2}\text{(}\text{g}\text{)}$

Gerðu eftirfarandi fyrir hvert af kolefnissamböndunum fjórum:

(a) Teiknaðu Lewisbyggingu.

(b) Spáðu fyrir um rúmfræðina umhverfis kolefnisfrumeindina.

(c) Ákvarðaðu svigrúmablöndun hverrar tegundar kolefnisfrumeindar.

Greining á efnasambandi sýnir að það inniheldur 77,55% Xe og 22,45% F miðað við massa.

(a) Hver er reynsluformúla þessa efnasambands? (Gerðu ráð fyrir að hún sé einnig sameindaformúlan þegar svarað er þeim hlutum þessarar æfingar sem eftir eru).

(b) Teiknaðu Lewisbyggingu fyrir efnasambandið.

(c) Spáðu fyrir um lögun sameinda efnasambandsins.

(d) Hvaða svigrúmablöndun samræmist þeirri lögun sem þú spáðir fyrir um?

Lítum á nitursýrling, HNO₂ (HONO).

(a) Teiknaðu Lewisbyggingu.

(b) Hver eru rúmfræði rafeindapara og sameindarúmfræði fyrir innri súrefnis- og köfnunarefnisfrumeindirnar í HNO₂-sameindinni?

(c) Hver er svigrúmablöndun innri súrefnis- og köfnunarefnisfrumeindanna í HNO₂ ?

Rifeldspýtur innihalda lag af KClO₃ og lag af P₄S₃. Hitinn sem hlýst af núningnum þegar strokið er á eldspýtunni veldur því að þessi tvö efnasambönd hvarfast kröftuglega, sem kveikir í viðarstilk eldspýtunnar. KClO₃ inniheldur ${\mathrm{Cl}{\mathrm{O}}_3}^{-}$-jónina. P₄S₃ er óvenjuleg sameind með beinagrindarbygginguna.

(a) Skrifaðu Lewisbyggingar fyrir P₄S₃ og ${\mathrm{Cl}{\mathrm{O}}_3}^{-}$-jónina.

(b) Lýstu rúmfræðinni umhverfis P-frumeindirnar, S-frumeindina og Cl-frumeindina í þessum eindum.

(c) Ákvarðaðu svigrúmablöndun P-frumeindanna, S-frumeindarinnar og Cl-frumeindarinnar í þessum eindum.

(d) Ákvarðaðu oxunarstig og formlega hleðslu frumeindanna í P₄S₃ og ${\mathrm{Cl}{\mathrm{O}}_3}^{-}$-jóninni.

Greindu svigrúmablöndun hverrar kolefnisfrumeindar í eftirfarandi sameind. (Uppröðun frumeinda er gefin; þú þarft að ákvarða hversu mörg tengi tengja hvert par frumeinda.)

Skrifaðu Lewisbyggingar fyrir NF₃ og PF₅ . Útskýrðu, á grundvelli blandaðra svigrúma, þá staðreynd að NF₃, PF₃ og PF₅ eru stöðugar sameindir, en NF₅ er ekki til.

Auk NF₃ eru tvær aðrar flúorafleiður köfnunarefnis þekktar: N₂F₄ og N₂F₂. Hvaða lögun spáir þú fyrir um að þessar tvær sameindir hafi? Hver er svigrúmablöndun köfnunarefnisins í hvorri sameind?

Tengiorka C–C eintengis er að meðaltali 347 kJ mól⁻¹ ; tengiorka $\text{C}\equiv \text{C}$ þrítengis er að meðaltali 839 kJ mól⁻¹ . Útskýrðu hvers vegna þrítengið er ekki þrisvar sinnum sterkara en eintengi.

Teiknaðu allar vokbyggingar fyrir karbónatjónina, ${\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3}^{2-}$ Greindu hvaða svigrúm skarast til að mynda hvert tengi.

Gagnlegur leysir sem leysir upp sölt jafnt sem lífræn efnasambönd er efnasambandið asetónítríl, H₃CCN. Það er að finna í málningarhreinsiefnum.

(a) Skrifaðu Lewisbygginguna fyrir asetónítríl og tilgreindu stefnu tvískautsvægisins í sameindinni.

(b) Tilgreindu blönduðu svigrúmin sem kolefnisfrumeindirnar í sameindinni nota til að mynda σ-tengi.

(c) Lýstu atómsvigrúmunum sem mynda π-tengin í sameindinni. Athugaðu að ekki er nauðsynlegt að blanda svigrúm köfnunarefnisfrumeindarinnar.

Fyrir sameindina allen, H₂$\text{C}=\text{C}$=CH₂, tilgreindu svigrúmablöndun hverrar kolefnisfrumeindar. Munu vetnisfrumeindirnar vera í sama plani eða í hornréttum plönum?

Tilgreindu svigrúmablöndun miðjufrumeindarinnar í hverri af eftirfarandi sameindum og jónum sem innihalda fjöltengi:

(a) ClNO (N er miðjufrumeindin)

(b) CS₂

(c) Cl₂CO (C er miðjufrumeindin)

(d) Cl₂SO (S er miðjufrumeindin)

(e) SO₂ F₂ (S er miðjufrumeindin)

(f) XeO₂F₂ (Xe er miðjufrumeindin)

(g) ${\mathrm{Cl}\mathrm{O}{\mathrm{F}}_2}^{+}$ (Cl er miðjufrumeindin)

Lýstu sameindarúmfræði og svigrúmablöndun N-, P- eða S-frumeindanna í hverju af eftirfarandi efnasamböndum.

(a) H₃PO₄, fosfórsýra, notuð í kóladrykki

(b) NH₄NO₃, ammóníumnítrat, áburður og sprengiefni

(c) S₂Cl₂, tvíbrennisteinstvíklóríð, notað við vúlkun gúmmís

(d) K 4 [O₃ POPO₃ ], kalíumpýrófosfat, innihaldsefni í sumum tannkremum

Fyrir hverja af eftirfarandi sameindum skal tilgreina umbeðna svigrúmablöndun og hvort rafeindirnar verði afstaðbundnar eða ekki:

(a) óson (O₃), svigrúmablöndun miðju-O

(b) koldíoxíð (CO₂), svigrúmablöndun miðju-C

(c) köfnunarefnisdíoxíð (NO₂), svigrúmablöndun miðju-N

(d) fosfatjón $({\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4}^{3-}$ svigrúmablöndun miðju-P

Fyrir hverja af eftirfarandi byggingum skal ákvarða umbeðna svigrúmablöndun og hvort rafeindirnar verði afstaðbundnar eða ekki:

(a) Svigrúmablöndun hvers kolefnis

(b) Svigrúmablöndun brennisteins

(c) Allar frumeindir

Teiknaðu svigrúmamynd fyrir kolefni í CO₂ sem sýnir hversu margar rafeindir kolefnisfrumeindarinnar eru í hverju svigrúmi.

Skissaðu dreifingu rafeindaþéttleika í bindandi og andbindandi sameindasvigrúmum sem myndast úr tveimur s-svigrúmum og úr tveimur p-svigrúmum.

Hvað eiga eftirfarandi atriði sameiginlegt og hvernig eru þau ólík?

(a) σ-sameindasvigrúm og π-sameindasvigrúm

(b) ψ fyrir atómsvigrúm og ψ fyrir sameindasvigrúm

(c) bindandi svigrúm og andbindandi svigrúm

Ef sameindasvigrúm verða til við að fimm atómsvigrúm frá frumeind A og fimm atómsvigrúm frá frumeind B sameinast, hversu mörg sameindasvigrúm myndast þá?

Getur sameind með oddatölu rafeinda einhvern tíma verið díamagnetísk? Útskýrðu hvers vegna eða hvers vegna ekki.

Getur sameind með sléttri tölu rafeinda einhvern tíma verið paramagnetísk? Útskýrðu hvers vegna eða hvers vegna ekki.

Hvers vegna hafa bindandi sameindasvigrúm lægri orku en upprunalegu atómsvigrúmin?

Reiknaðu tengistig fyrir jón með þessari rafeindaskipan:

Útskýrðu hvers vegna rafeind í bindandi sameindasvigrúmi í H₂-sameindinni hefur lægri orku en rafeind í 1s-atómsvigrúmi hvorrar aðskildu vetnisfrumeindarinnar.

Spáðu fyrir um rafeindaskipan gildisrafeinda í sameindasvigrúmum fyrir eftirfarandi og tilgreindu hvort um stöðugar eða óstöðugar jónir sé að ræða.

(a) ${{\mathrm{Na}}_2}^{2+}$

(b) ${{\mathrm{Mg}}_2}^{2+}$

(c) ${{\mathrm{Al}}_2}^{2+}$

(d) ${{\mathrm{Si}}_2}^{2+}$

(e) ${{\mathrm{P}}_2}^{2+}$

(f) ${{\mathrm{S}}_2}^{2+}$

(g) ${{\mathrm{F}}_2}^{2+}$

(h) ${{\mathrm{Ar}}_2}^{2+}$

Ákvarðaðu tengistig hvers meðlims í eftirfarandi hópum og ákvarðaðu hvaða meðlimur hvers hóps er talinn hafa sterkasta tengið samkvæmt sameindasvigrúmalíkaninu.

(a) H₂, ${{\mathrm{H}}_2}^{+}$ ${{\mathrm{H}}_2}^{-}$

(b) O₂, ${{\mathrm{O}}_2}^{2+}$ ${{\mathrm{O}}_2}^{2-}$

(c) Li₂, ${{\mathrm{Be}}_2}^{+}$ Be₂

(d) F₂, ${{\mathrm{F}}_2}^{+}$ ${{\mathrm{F}}_2}^{-}$

(e) N₂, ${{\mathrm{N}}_2}^{+}$ ${{\mathrm{N}}_2}^{-}$

Fyrir fyrstu jónunarorku N₂-sameindar, úr hvaða sameindasvigrúmi er rafeindin fjarlægð?

Berðu saman atómsvigrúma- og sameindasvigrúmarit til að bera kennsl á þann meðlim hvers af eftirfarandi pörum sem hefur hæstu fyrstu jónunarorkuna (fastbundnustu rafeindina) í gasfasa:

(a) H og H₂

(b) N og N₂

(c) O og O₂

(d) C og C₂

(e) B og B₂

Hvaða tvíatóma sameindum úr sama frumefni í lotu 2 er spáð að séu paramagnetísk?

Vinur þinn segir þér að 2s-svigrúmið fyrir flúor byrji á mun lægra orkustigi en 2s-svigrúmið fyrir litíum, þannig að σ_2s-sameindasvigrúmið sem myndast í F₂ sé stöðugra en í Li₂. Ertu sammála þessu?

Rétt eða rangt: Bór inniheldur 2s² 2p¹ gildisrafeindir, þannig að aðeins þarf eitt p-svigrúm til að mynda sameindasvigrúm.

Hvaða hleðslu þyrfti F₂-sameindin að hafa til að mynda jón með tengistigið 2?

Spáðu fyrir um hvort sameindasvigrúmaritið fyrir S₂ myndi sýna s-p-blöndun eða ekki.

Útskýrðu hvers vegna ${{\mathrm{N}}_2}^{2+}$ er díamagnetísk, á meðan ${{\mathrm{O}}_2}^{4+}$ sem hefur sama fjölda gildisrafeinda, er paramagnetísk.

Notaðu sameindasvigrúmaritin til að spá fyrir um tengistig sterkara tengisins í hverju pari:

(a) B₂ eða ${{\mathrm{B}}_2}^{+}$

(b) F₂ eða ${{\mathrm{F}}_2}^{+}$

(c) O₂ eða ${{\mathrm{O}}_2}^{2+}$

(d) ${{\mathrm{C}}_2}^{+}$ eða ${{\mathrm{C}}_2}^{-}$