Objevte základy O3 (ozónu) s naším snadno srozumitelným průvodcem. Seznamte se s jeho Lewisovou strukturou, molekulární geometrií a hybridizací způsobem, který je ideální pro začátečníky a studenty v USA. Získejte jasný přehled o jedinečné struktuře a vlastnostech ozonu a pochopte jeho význam v naší atmosféře. Ideální pro ty, kteří zkoumají koncepty chemie nebo environmentální studie.
Jak nakreslit Lewisovu strukturu O3
Lewisovy struktury představují způsob, jak znázornit vazbu a distribuci elektronů v molekule. V tomto blogovém příspěvku si krok za krokem projdeme procesem kreslení Lewisovy struktury pro O3, známé také jako ozón.
Ozon s chemickým vzorcem O3 je molekula, která se skládá ze tří atomů kyslíku. Kreslení Lewisovy struktury O3 nám pomáhá pochopit jeho vazbu a určit jeho tvar a vlastnosti.
Krok 1: Spočítejte celkové valenční elektrony
Abychom mohli začít kreslit Lewisovu strukturu pro O3, musíme určit celkový počet valenčních elektronů v molekule. Valenční elektrony jsou elektrony ve vnějším obalu atomu.
V případě O3 každý atom kyslíku přispívá 6 valenčními elektrony (protože kyslík je ve skupině 16 periodické tabulky). Protože existují tři atomy kyslíku, celkový počet valenčních elektronů v O3 je 3 * 6 = 18.
Krok 2: Identifikujte centrální atom
V O3 bude jeden atom kyslíku centrální atom, zatímco další dva atomy kyslíku budou na něj navázány. Abychom určili centrální atom, podíváme se na hodnoty elektronegativity příslušných atomů. Atom s nejnižší elektronegativitou je typicky centrální atom.
V tomto případě mají všechny tři atomy kyslíku stejnou elektronegativitu, takže kterýkoli z nich může být centrálním atomem. Pro jednoduchost zvolíme jako centrální atom jeden z atomů kyslíku.
Krok 3: Spojte atomy s elektronovými páry
Dále musíme propojit atomy umístěním elektronových párů mezi ně. V případě O3 propojíme centrální atom kyslíku s dalšími dvěma atomy kyslíku pomocí jednoduchých vazeb.
Struktura by měla vypadat takto:
Krok 4: Distribuce zbývajících elektronů
Po spojení atomů potřebujeme rozdělit zbývající valenční elektrony, aby byly vnější atomy stabilní. V O3 chce mít každý atom kyslíku plný oktet (8 valenčních elektronů).
V Lewisově struktuře O3 můžeme vidět, že každý atom kyslíku má kolem sebe šest elektronů (dva z jednoduché vazby a dva osamocené páry). Stále nám však zbývají čtyři valenční elektrony.
Aby byly vnější atomy stabilní, můžeme tyto čtyři elektrony distribuovat jako osamocené páry na centrálním atomu kyslíku. To dává centrálnímu atomu kyslíku celkem osm elektronů a doplňuje tak jeho oktet.
Krok 5: Zkontrolujte pravidlo oktetu
Po distribuci zbývajících elektronů musíme zkontrolovat, zda všechny atomy splňují pravidlo oktetu (kromě vodíku, který může mít dvojici).
V případě O3 oba vnější atomy kyslíku splnily oktetové pravidlo, každý s osmi elektrony. Centrální atom kyslíku má také osm elektronů, což splňuje pravidlo oktetu.
Krok 6: Určete formální poplatky
Nakonec musíme vypočítat formální náboje na každém atomu v Lewisově struktuře. Formální náboj nám pomáhá určit nejstabilnější uspořádání atomů a elektronů v molekule.
Vzorec pro výpočet formálního poplatku je:
Formální náboj = Valenční elektrony – (Vazebné elektrony/2) – Nevazebné elektrony
Formální náboj na O: 6-2-½ (6)= 1, tedy formální náboj na Lewisově struktuře o3 je +1 na centrálním atomu kyslíku. Podobně, dva sousední atomy kyslíku nesou (-1/XNUMX) částečný záporný náboj a centrální kyslík nese +XNUMX formální náboj, jak je znázorněno na obrázku níže.
Aplikací tohoto vzorce zjistíme, že každý atom kyslíku v O3 má formální náboj nula. To naznačuje, že Lewisova struktura, kterou jsme nakreslili, je nejstabilnější uspořádání.
Kreslení Lewisovy struktury O3 nebo jakékoli molekuly nám pomáhá porozumět vazbě a distribuci elektronů v molekule. Pokud budete postupovat krok za krokem popsaným v tomto příspěvku na blogu, můžete přesně nakreslit Lewisovu strukturu pro O3 a získat náhled na její vlastnosti a chování.
Pamatujte, že Lewisovy struktury jsou zjednodušenou reprezentací molekul a nezachycují trojrozměrnou povahu molekul. Jiné techniky, jako je teorie VSEPR, lze použít k určení tvaru a geometrie molekul, jako je O3.
Molekulární geometrie a úhly vazby O3
Geometrie
Lewisova struktura O3, také známá jako ozón, se skládá ze tří atomů kyslíku spojených dohromady. Každý atom kyslíku je spojen s centrálním atomem kyslíku dvojnou vazbou. Centrální atom kyslíku má jeden osamocený elektronový pár.
Přítomnost osamoceného páru na centrálním atomu kyslíku dává O3 ohnutou nebo molekulární geometrii ve tvaru V. Dvojné vazby mezi atomy kyslíku mají za následek trigonální rovinné uspořádání.
Bondové úhly
Vazebné úhly v O3 lze vysvětlit jeho molekulární geometrií. Protože O3 má ohnutý tvar, je vazebný úhel mezi atomy kyslíku menší než 120 stupňů. Skutečný úhel vazby v O3 je přibližně 117 stupňů.
Dvojné vazby v O3 přispívají k celkovému tvaru molekuly tím, že vytvářejí trigonální rovinné uspořádání. Přítomnost osamoceného páru na centrálním atomu kyslíku dále deformuje tvar, což má za následek ohnutou molekulární geometrii.
| Lewisova struktura | Molekulární geometrie | Bondové úhly | |
|---|---|---|---|
| O3 | O = O = O | ohnutý | ~ 117 ° |
O3 Hybridizace
V O3 je centrálním atomem kyslík (O) a jsou zde dva koncové atomy kyslíku. Hybridizace atomů v O3 může být určena pohledem na molekulární geometrii a uspořádání elektronů.
Molekulární geometrie a uspořádání elektronů
O3 má ohnutou nebo molekulární geometrii ve tvaru V s vazebným úhlem přibližně 116.5 stupňů. Centrální atom kyslíku je spojen se dvěma koncovými atomy kyslíku dvojnými vazbami.
Uspořádání elektronů v O3 lze znázornit následovně:
- Centrální atom kyslíku: 3 sigma vazby (2 s koncovými atomy kyslíku, 1 s osamoceným párem)
- Koncové atomy kyslíku: 1 sigma vazba (s centrálním atomem kyslíku), 1 volný pár
Hybridizace atomů kyslíku v O3
Hybridizace atomů kyslíku v O3 může být určena zvážením počtu sigma vazeb a osamocených párů kolem každého atomu kyslíku.
- Centrální atom kyslíku: Centrální atom kyslíku v O3 je zapojen do 3 sigma vazeb a má 1 volný pár. Proto podléhá hybridizaci sp2. Tři hybridní orbitaly sp2 jsou orientovány v trigonálním rovinném uspořádání, což vysvětluje ohnutý tvar O3.
- Koncové atomy kyslíku: Koncové atomy kyslíku v O3 jsou zapojeny do 1 sigma vazby a mají 3 volné páry. Proto procházejí hybridizací sp3. Tři hybridní orbitaly sp3 jsou orientovány v tetraedrickém uspořádání, což umožňuje vytvoření sigma vazby s centrálním atomem kyslíku.
Vliv na vazbu a tvar
Hybridizace atomů kyslíku v O3 ovlivňuje vazbu a tvar molekuly.
- Vazba: Sp2 hybridizovaný centrální atom kyslíku tvoří dvě sigma vazby s koncovými atomy kyslíku překrýváním hybridních orbitalů sp2. Zbývající sp2 hybridní orbital obsahuje osamocený pár. Koncové atomy kyslíku tvoří sigma vazby s centrálním atomem kyslíku pomocí svých hybridních orbitalů sp3.
- Tvar: Sp2 hybridní orbitaly centrálního atomu kyslíku jsou uspořádány v trigonální rovinné geometrii, což má za následek ohnutou nebo molekulární geometrii ve tvaru V pro O3. Vazebný úhel mezi koncovými atomy kyslíku je přibližně 116.5 stupňů.
Celkově hybridizace atomů kyslíku v O3 umožňuje tvorbu sigma vazeb a dává vzniknout ohnutému tvaru molekuly.
O3 rezonance
Stanovení rezonančních struktur
K rezonanci dochází, když existuje více způsobů, jak uspořádat elektrony v molekule. V případě O3, známého také jako ozón, je centrální atom kyslíku vázán na dva další atomy kyslíku.
Abychom určili rezonanční struktury O3, musíme zvážit možná uspořádání elektronů. Lewisova struktura O3 ukazuje dvojnou vazbu mezi jedním atomem kyslíku a centrálním atomem kyslíku a jednoduchou vazbu mezi druhým atomem kyslíku a centrálním atomem kyslíku. Tato struktura však plně nepředstavuje distribuci elektronů v molekule.
Rezonanční struktury O3
Ve skutečnosti jsou elektrony v O3 delokalizovány, což znamená, že nejsou omezeny na specifickou vazbu, ale jsou rozprostřeny po molekule. To dává vzniknout vícenásobným rezonančním strukturám, které přispívají k celkové distribuci elektronů.
Jedna z možných rezonančních struktur O3 je ta, kde je dvojná vazba mezi centrálním atomem kyslíku a atomem kyslíku vpravo, zatímco atom kyslíku vlevo má jednoduchou vazbu s centrálním atomem kyslíku.
Další rezonanční struktura O3 je ta, kde je dvojná vazba mezi centrálním atomem kyslíku a atomem kyslíku vlevo, zatímco atom kyslíku vpravo má jednoduchou vazbu s centrálním atomem kyslíku.
Distribuce elektronů a stabilita
Pojem rezonance pomáhá vysvětlit stabilitu O3 a jeho chemické vlastnosti. Delokalizace elektronů přes více rezonančních struktur distribuuje elektronovou hustotu rovnoměrněji po celé molekule. Díky tomu je molekula stabilnější, než kdyby měla jediné, lokalizované uspořádání elektronů.
Stabilita O3 je také připisována rezonanční energii. Rezonanční energie je rozdíl v energii mezi skutečnou molekulou a nejstabilnější rezonanční strukturou. O3 má relativně vysokou rezonanční energii, což ukazuje na jeho stabilitu.
Vliv na chemické vlastnosti
Přítomnost rezonančních struktur v O3 ovlivňuje jeho chemické vlastnosti. Například delokalizace elektronů způsobuje, že O3 je reaktivnější ve srovnání s molekulou s lokalizovanými elektrony. Tuto reaktivitu lze vidět ve schopnosti O3 působit jako silné oxidační činidlo.
Kromě toho přítomnost více rezonančních struktur přispívá k ohnutému tvaru molekuly O3. Tato ohnutá struktura dává O3 jeho jedinečné chemické vlastnosti, jako je jeho schopnost absorbovat ultrafialové záření ve stratosféře a působit jako ochranná vrstva proti škodlivým UV paprskům.
Polarita a dipólový moment O3
Faktory přispívající k polaritě
| Faktor | Vysvětlení |
|---|---|
| Elektronegativita atomů | Kyslík je elektronegativnější než jiné prvky, což má za následek nerovnoměrné rozložení elektronové hustoty. |
| Molekulární geometrie | Ozon (O3) má molekulární geometrii ohnutou nebo ve tvaru V v důsledku přítomnosti osamoceného páru elektronů na centrálním atomu kyslíku. |
| Distribuce elektronů | Osamělý pár elektronů na centrálním atomu kyslíku způsobuje nerovnováhu v distribuci elektronů, což vede k polární molekule. |
Polarita O3
| Atom | Elektronegativita | Molekulární geometrie | Polarita |
|---|---|---|---|
| O | 3.44 | ohnutý | Polární |
| O | 3.44 | ohnutý | Polární |
| O | 3.44 | ohnutý | Polární |
Dipólový moment O3
Dipólový moment molekuly je mírou její polarity. Je určena velikostí a směrem jednotlivých vazebných dipólů v molekule.
V O3 je každá vazba kyslík-kyslík polární kvůli rozdílu v elektronegativitě mezi kyslíkem a kyslíkem. Ohnutá molekulární geometrie dále přispívá k celkovému dipólovému momentu.
Směr dipólového momentu v O3 je od centrálního atomu kyslíku ke koncovým atomům kyslíku. Je to proto, že centrální atom kyslíku nese částečný záporný náboj, zatímco koncové atomy kyslíku částečné kladné náboje.
Velikost dipólového momentu v O3 je vektorovým součtem jednotlivých vazebných dipólů. Závisí na délce vazby a rozdílu v elektronegativitě mezi atomy zapojenými do vazby. Dipólový moment O3 je přibližně 0.53 Debye.
Proto je molekula O3 polární s dipólovým momentem nasměrovaným od centrálního atomu kyslíku ke koncovým atomům kyslíku.
Také čtení:
- Struktura Clo Lewis
- Sbh3 Lewisova struktura
- Lewisova struktura Kno3
- Lewisova struktura Nbr3
- Struktura Xef6 Lewis
- Hclo2 Lewisova struktura
- Seo2 Lewisova struktura
- Sf6 Lewisova struktura
- Lewisova struktura Pcl5 2
- Sf4 Lewisova struktura
Ahoj… já jsem Monika. Absolvoval jsem magisterské studium chemie. Jsem předmětový expert v chemii. Řekl bych, že jsem velmi vášnivý spisovatel. Hlavním cílem mého psaní je představit nové pohledy. Chci objevovat nové věci, které mohu aplikovat na své okolí.
Pojďme se připojit přes LinkedIn