Preskočiť na obsah
Chcete tieto pokusy naživo? Prinesiem ich do vašej školy ako show.Show a workshopy
Späť

Vzdelávanie · Učivo

Atóm a chemická väzba

lekcia 7

Kovalentná väzba

Úroveň výkladu:
základná školastredná škola, s rozšíreniami pre náročnejších

úvod

Vzduch, ktorý dýchaš, je asi zo 78 % dusík. Rastliny ho potrebujú na stavbu bielkovín, a predsa ho zo vzduchu priamo využiť nevedia. Musia čakať, kým ho do pôdy dostanú baktérie, blesky alebo hnojivá. Prečo je dusík taký „lenivý“? Dva atómy dusíka sú v molekule N₂ spojené trojitou väzbou a tá patrí medzi najpevnejšie väzby, aké chemici poznajú. V tejto lekcii zistíš, že atómy sa môžu deliť o jeden, dva aj tri elektrónové páry, a čo z toho vyplýva pre vlastnosti látok.

teória

Spoločný elektrónový pár

Z lekcie Prečo sa atómy viažu: valenčné elektróny vieš, že dva atómy môžu vytvoriť spoločný elektrónový pár: každý prispeje jedným elektrónom a pár potom patrí obom. Takáto väzba sa volá kovalentná väzba. Vzniká najčastejšie medzi atómami nekovov, ktoré elektróny neradi odovzdávajú. Kovalentnými väzbami sú spojené atómy v molekulách vody, kyslíka, metánu aj cukru.

teória

Jednoduchá, dvojitá a trojitá väzba

Atóm sa s druhým atómom môže podeliť o viac párov naraz. Koľko párov to bude, závisí od toho, koľko elektrónov atómom do oktetu chýba:

  • jednoduchá väzba: jeden spoločný pár, H−H alebo Cl−Cl. Vodíku aj chlóru chýba jeden elektrón,
  • dvojitá väzba: dva spoločné páry, O=O. Kyslíku chýbajú dva elektróny, a tak sa dva atómy kyslíka podelia o dva páry,
  • trojitá väzba: tri spoločné páry, N≡N. Dusíku chýbajú tri elektróny.
molekulavzorecväzbaväzbové páryvoľné páry
vodíkH−Hjednoduchá10
kyslíkO=Odvojitá24 (2 na každom O)
dusíkN≡Ntrojitá32 (1 na každom N)
oxid uhličitýO=C=Odve dvojité44 (2 na každom O)

Pri oxide uhličitom potrebuje uhlík štyri väzby a každý kyslík dve. Usporiadanie O=C=O to splní. Usporiadanie O≡C−O nefunguje: na kyslíkoch by zostali nespárené elektróny.

vyskúšaj si

Lewisova stavebnica: násobné väzby

Nakresli elektrónový štruktúrny vzorec: kyslík O₂

0 / 0
O6O6

Ťukni na väzbu: jednoduchá, dvojitá, trojitá, bez väzby. Čísla pod atómami ukazujú, koľko elektrónov má atóm okolo seba.

  • O (1.): väzbové páry 0, voľné páry 3, spolu 6 z 8
  • O (2.): väzbové páry 0, voľné páry 3, spolu 6 z 8

Ťukni na väzbu viackrát: z jednoduchej sa stane dvojitá a potom trojitá. Voľné páry sa samy prepočítajú. Keď majú všetky atómy osem elektrónov, klikni na Skontrolovať. Po vyriešení uvidíš, aká dlhá a pevná je väzba.

Polárna a nepolárna väzba v skratke

Keď sú spojené dva rovnaké atómy, napríklad v H₂ alebo Cl₂, priťahujú spoločný pár rovnako silno a pár je presne v strede. Taká väzba je nepolárna. Keď sú spojené rôzne atómy, jeden z nich priťahuje elektróny silnejšie. Táto schopnosť sa volá elektronegativita. V molekule HCl priťahuje chlór spoločný pár viac ako vodík, na chlóre je preto čiastočný záporný náboj (δ−) a na vodíku čiastočný kladný (δ+). Taká väzba je polárna. Viac o elektronegativite a kalkulačku typu väzby nájdeš v lekcii Elektronegativita.

V sade pre SŠ pribudnú molekuly HCN, C₂H₄, C₂H₂ a CH₂O. Polarita väzby závisí od rozdielu elektronegativít ΔEN: pri rovnakých atómoch alebo pri rozdiele do 0,4 je väzba nepolárna (C−H má ΔEN 0,35), pri väčšom rozdiele polárna (O−H 1,24, H−Cl 0,96). Podrobnosti, hranice aj kalkulačka typu väzby sú v lekcii Elektronegativita.

Väzby σ a π

Prvý spoločný pár medzi dvoma atómami leží na ich spojnici. Taká väzba sa volá väzba σ (sigma). Ďalšie páry pri násobnej väzbe sa na spojnicu už nezmestia. Vznikajú bočným prekrytím orbitálov p nad a pod spojnicou jadier, to sú väzby π (pí). Ako sa orbitály prekrývajú, ukazuje lekcia Hybridizácia orbitálov.

  • jednoduchá väzba: σ,
  • dvojitá väzba: σ + π,
  • trojitá väzba: σ + 2 π.

Väzba π je slabšia ako σ a jej elektróny sú ďalej od jadier, preto sa ľahšie trhá. Preto alkény a alkíny ochotne reagujú adíciou, ako opisuje lekcia Alkény a alkíny.

Dĺžka a energia väzby

Čím viac spoločných párov, tým silnejšie väzba priťahuje jadrá k sebe. Násobná väzba je preto kratšia a pevnejšia ako jednoduchá:

väzbaporiadokdĺžkaväzbová energia
C−C1154 pm347 kJ/mol
C=C2134 pm614 kJ/mol
C≡C3120 pm839 kJ/mol
N≡N3110 pm945 kJ/mol

Všimni si, že dvojitá väzba C=C nie je dvakrát pevnejšia ako jednoduchá: 614 je menej ako 2 · 347 = 694. Väzba π prispieva menej ako väzba σ. Trojitá väzba v N₂ patrí s energiou 945 kJ/mol medzi najpevnejšie väzby vôbec. Preto je dusík taký nereaktívny, ako opisuje lekcia Dusík. Ako sa väzbové energie premietnu do tepla reakcie, ukazuje lekcia Energia pri reakciách.

Kovalentné väzby uvidíš aj v pokuse Chlorid amónny, kde sa stretnú plynný chlorovodík a amoniak. Ako kovalentné väzby určujú tvar molekuly, opisuje lekcia Tvary molekúl.

rozšírenie Prečo dusík zo vzduchu skoro nereaguje

Na začiatku 20. storočia hrozilo svetu, že nebude dosť hnojív na pestovanie potravín. Zásoby čílskeho liadku sa míňali a dusíka bol pritom plný vzduch. Nemecký chemik Fritz Haber v roku 1909 prišiel na to, ako dusík zo vzduchu prinútiť reagovať s vodíkom na amoniak: N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃. Carl Bosch potom postup previedol do továrne. Na rozštiepenie trojitej väzby N≡N treba vysokú teplotu okolo 450 °C, tlak asi 200-krát väčší ako atmosferický a katalyzátor zo železa. Haber za objav dostal Nobelovu cenu za chémiu za rok 1918, Bosch v roku 1931.

Haberov a Boschov postup sa používa dodnes a vyrába sa ním väčšina dusíkatých hnojív na svete. Odhaduje sa, že bez neho by sa nedalo uživiť asi polovicu dnešných ľudí. Na Slovensku vyrába amoniak z dusíka zo vzduchu podnik Duslo Šaľa. Príroda to pritom vie aj bez vysokej teploty: baktérie v hľúzkach bôbovitých rastlín, napríklad hrachu či ďateliny, štiepia trojitú väzbu pomocou enzýmu nitrogenázy pri bežnej teplote.

teória

Časté chyby

  • „Pri vzniku väzby sa energia spotrebuje.“ Pri vzniku väzby sa energia uvoľní. Spotrebuje sa naopak pri jej rozštiepení, preto sú molekuly stálejšie ako oddelené atómy.
  • „Dvojitá väzba je dvakrát pevnejšia ako jednoduchá.“ C=C má 614 kJ/mol, menej ako dvakrát 347. Druhá väzba v násobnej väzbe (π) je slabšia ako prvá (σ).
  • „Kovalentná väzba je len medzi rovnakými atómami.“ Kovalentné väzby sú aj medzi rôznymi atómami, napríklad v H₂O, CO₂ či HCl. Vtedy sú väzby väčšinou polárne.
  • „Polárna väzba znamená, že vznikli ióny.“ V polárnej väzbe zostáva spoločný pár, len je posunutý k jednému atómu. Atómy majú čiastočné náboje δ+ a δ−, nie celé náboje ako ióny.
  • „Väzbu v CO₂ môžem nakresliť ako O≡C−O.“ Takto by na kyslíkoch zostali nespárené elektróny. Správne sú dve dvojité väzby O=C=O.

Ako sa tvorí iná, iónová väzba, zistíš v ďalšej lekcii Iónová väzba. Elektronegativitu Linus Pauling zaviedol v roku 1932 a za výskum chemickej väzby dostal v roku 1954 Nobelovu cenu za chémiu.

počty párov v molekulách; väzbovosť pre SŠ

Väzbové a voľné elektrónové páry

príklad 1

0 / 0

rozumieš tomu?

Otestuj sa

4 otázok · úroveň ZŠ4 otázok · úroveň SŠ

Kvíz: Kovalentná väzba

Otázka 1/4

Koľko spoločných elektrónových párov má molekula dusíka N₂?

Skóre: 0

Najprv vyber odpoveď.

Chcete tento pokus naživo?

Ukážem ho vašim žiakom na chemickej show: 15 pokusov za jednu hodinu, 5 € na žiaka.

Rezervovať termín

Nahlásiť chybu

Chyba v texte, zlá odpoveď alebo niečo, čo nefunguje? Stačí pár slov.

Čo sa stalo?
vedeckeokienko.sk/

Hlásenie uvidí len správca webu. Osobné údaje sem nepatria. Ochrana osobných údajov