Lijep pozdrav, Imam dva pitanja vezana uz prikaz kemijskih vrsta i redoks reakcije. Kada nekom spoju trebamo prikazati Lewisovu simboliku a postoji više različitih načina na koji se taj spoj može prikazati, kako odrediti koja je struktura ispravna? Možete li opisati kako se u organskoj kemiji događaju redoks reakcije , mogu li se elektroni premještati kao kod anorganskih spojeva? Hvala Vam unaprijed.

Ime i prezime: Ana Piroš [email protected]

 

Iako jako pazim na to da na pitanja uvijek odgovaram redom kako su i postavljena, ovdje radim iznimku: odgovor na drugo pitanje je "da" tj. da nema nikakve fundamentalne razlike između organske i anorganske kemije. A sad možemo na prvo.

Odgovor može biti jako kratak: ako smo se držali uputa za crtanje Lewisovih struktura, onda smo sigurno došli do ispravnog odgovora, a on može uključivati i više struktura. Ako želimo dodatne provjere, treba nam eksperiment ili jača teorijska razina.

A može biti i jako dug:

Krenimo od toga kako se crtaju Lewisovi prikazi molekulskih struktura. Prvo treba skicirati molekulu tako da se nacrtaju i ravnim crtama (one nam predstavljaju jednostruke kovalentne veze) povežu svi njezini atomi onako kako nam je poznato da su stvarno povezani (ako ne znamo strukturu molekule ili imamo više mogućnostî, morat ćemo ili izmišljati ili potražiti dodatne informacije). Da si prištedim vrijeme i prostor, kao primjer ću uzeti molekulu ugljikovog(II) oksida:

C—O

Iza toga treba prebrojiti sve valentne elektrone. U ovom slučaju imamo četiri ugljikova i šest kisikovih, dakle ukupno deset.

Te elektrone zatim treba rasporediti po atomima, i to kao parove koje prvo rasporedimo na najelektronegativnijim atomima, a dalje redom po sve manje elektronegativnim atomima. Pritom se trebamo držati i pravila oktetâ, osim ako imamo neki dobar razlog da ga se ne držimo (npr. jer imamo sumporov atom). Također, moramo uračunati i one elektrone koje smo stavili u veze kojima smo povezali atome. U našem primjeru imamo jedan vezni par, tri će para potom završiti na kisiku, a preostala dva elektrona idu na ugljik, naravno, u paru:

:C—O:::

Time smo u nekim slučajevima i gotovi s poslom, a stanje ćemo provjeriti tako da odredimo formalne naboje. Njih određujemo tako da sve veze pocijepamo homolitički (svakom atomu po jedan elektron iz veze) i onda izračunamo naboje pojedinačnih atoma. Ako su svi atomi neutralni, onda posao stvarno jest gotov, kao i ako imamo samo pozitivne ili samo negativne naboje (kod kationâ ili anionâ). Ako imamo i pozitivne i negativne naboje, onda treba vidjeti može li ih se nekako neutralizirati, osobito ako se radi o susjednim nabojima.

Ishod homolitičkog cijepanja u ovom slučaju bit će:

:C∙(+) ∙O:::(−)

Ugljikov atom ima tri elektrona, dakle jedan manje nego neutralan atom pa je zato jednostruko pozitivno nabijen, dok kisikov atom ima jedan elektron viška pa je nabijen jednostruko negativno. Susjedni pozitivni i negativni naboji općenito su slabo vjerojatni zbog prirode naboja pa bi bilo dobro to nekako eliminirati. Način da se to napravi je da se jedan elektronski par s negativno nabijenog atoma pretvori u vezni elektronski par s pozitivno nabijenim atomom. Time dobivamo dvostruku vezu:

:C=O::

a kad to homolitički pocijepamo, ispadne:

:C:(0) :O::(0)

Znači, sad je sve neutralno i očito smo našli ispravnu strukturu molekule ugljikovog(II) oksida. Ipak, ono što nacrtamo nije zgorega tu i tamo neovisno provjeriti, npr. tako da napravimo ili potražimo mjerenja koja bi nam rekla je li ta molekula polarna ili nepolarna. U slučaju ugljikovog(II) oksida mjerenja nam govore da je molekula polarna i da je negativno nabijen ugljikov atom. Pored toga, izmjerena je i duljina veze. Ona odgovara trostrukoj, a ne dvostrukoj vezi. Znači, idealna Lewisova struktura ovdje ne odgovara stvarnosti i mi ćemo zato morati malo promijeniti svoj model. Konkretno, prebacit ćemo još jedan elektronski par s kisika među vezne, čime ćemo dobiti trostruku vezu:

:C≡O::

Formalni naboji sad će biti:

::C∙(−) ∙O::(+)

Kako i trostruka veza i predloženi naboji odgovaraju onome što se pronađeno mjerenjima, možemo reći da sad imamo ispravnu Lewisovu strukturu, unatoč tomu što ona prema pravilima nije ispravna.


Sad se možemo vratiti na polazno pitanje i malo ga poopćiti: kad prikazujemo molekule Lewisovom simbolikom, kako ćemo znati je li ono što crtamo dobar opis stvarnosti? Među znanstvenicima ima jedna narodna izreka koja glasi: "Svi su modeli pogrešni, ali neki su korisni.". Pogrešno ovdje znači da možemo biti prilično sigurni da je stvarnost barem malo drugačija. Korisno pak može značiti svašta, a nama su bitna dva aspekta korisnosti. Jedan je inženjerski i govori da će nam neki model omogućiti da nešto napravimo i da će to onda funkcionirati ili se neće odmah srušiti. Drugi je informacijski i govori da jezik (slike, riječi, formule te njihova rezolucija) koji koristimo kad definiramo taj model ne može dati precizniju sliku nekog fenomena ili sustava tj. da nikakvim preslagivanjem elemenata koji čine naš model nećemo dobiti bolju sliku. Drugim riječima, Lewisova simbolika, ograničena na točkice, crtice i simbole elemenata ne samo da ne može dati onoliko preciznu sliku molekule kao npr. kvantna mehanika, nego će ponekad dosta odudarati čak i od grube slike stvarnosti.

U tom svjetlu, pitanje bi bilo kako ćemo znati jesmo li nacrtali najbolju Lewisovu strukturu koja se za danu molekulu može nacrtati, odnosno koja je od onih koje možemo nacrtati najbolja. Standardni pristup koji sam gore opisao (još opisâ imaš npr. ovdje, ovdje i ovdje) uglavnom će dati dobar rezultat i, ako nemamo drugih informacija, nemamo izbora nego držati se toga što proizlazi iz pravilâ (izbjegavati susjedne suprotne naboje, smanjiti ukupan broj nabojâ). Ako imamo dodatnih informacija, onda ćemo ih iskoristiti da napravimo bolji model, odnosno da tim modelom što vjernije opišemo opaženu stvarnost.

Poseban slučaj su situacije kad možemo nacrtati više ekvivalentnih Lewisovih struktura iste molekule (npr. benzena) ili iona (npr. karbonatnog). One možda i bolje od ugljikovog(II) oksida pokazuju ograničenja Lewisove simbolike, ali istovremeno nude i jasno rješenje problema: uzeti sve strukture, a ne samo jednu. I pritom naglasiti da nijedna pojedinačna struktura nije dobra, ali sve zajedno jesu jer nam mjerenja (npr. spektroskopija ili kristalografija) govore da stvarna struktura odgovara npr. triju ekvivalentnih Lewisovih struktura karbonatnog aniona.

Još općenitije, može se dogoditi da dobru sliku elektronske strukture neke molekule dobijemo tako da preklopimo više pogrešnih Lewisovih struktura. O tomu ponešto među ovim odgovorima. Time smo već s obje noge zakoračili u područje molekulskih orbitala i kvantne mehanike (koja može dati po volji preciznu i točnu sliku bilo koje molekule, uz uvjet da imamo dovoljno brzo računalo), tako da bih zaključio odgovor.

Pozdrav,

Odgovorio: Ivica Cvrtila   [email protected]

<-- Povratak

 
Postavite pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika.

copyright 1999-2000 e_škola_________kemija