Vandenilis, hidridai ir pagrindinių grupių elementų ryšiai

Vandeniliui ne visada priskiriamas tas pats oksidacijos laipsnis

Neutralus vandenilio atomas turi vieną valentinį elektroną ir įprastuose Luiso elektronų porų ryšio modeliuose paprastai pasiekia dubletą. Jam priskiriamas oksidacijos laipsnis priklauso nuo elemento, su kuriuo jis sudaro ryšį, ir pasirinktos ryšio elektronų priskyrimo taisyklės. Pagal pasirinktą Aleno elektroneigiamumo eilę C>H>Si>Na, H oksidacijos laipsnis CH₄ yra +1, o SiH₄ ir NaH – −1; elementiniame H₂ jis lygus nuliui.

Atitinkami kitiems elementams priskiriami oksidacijos laipsniai yra C −4, Si +4 ir Na +1. Šie formalūs priskyrimai nereiškia, kad kiekviename C–H ar Si–H ryšyje krūviai visiškai atskirti kaip joniniame ryšyje, ir nenustato tikrojo dalinio krūvio dydžio. Ryšiams tarp panašaus elektroneigiamumo elementų, įskaitant kai kuriuos H–P ryšių aprašymus, reikia aiškiai nurodytos priskyrimo taisyklės, o ne besąlygiško supaprastinimo H=+1.

Aštuoni valentiniai elektronai gali lemti skirtingas formas

CH₄ iš viso turi 4+4=8 valentinių elektronų, sudarančių keturias įprastas C–H ryšio elektronų poras. NH₃ turi 5+3=8: tris ryšio elektronų poras ir vieną laisvąją elektronų porą prie N. H₂O turi 6+2=8: dvi ryšio elektronų poras ir dvi laisvąsias elektronų poras prie O. Šiuose pasirinktuose Luiso vaizdavimuose kiekvienas prisijungęs vandenilio atomas turi dubletą.

Šie centrinio atomo porų kiekiai kokybiniame elektronų sričių modelyje duoda skirtingas molekulių formas: tetraedrinį metaną, trigonalinės piramidės formos amoniaką ir kampinį vandenį. Elektronų sričių išsidėstymas ir molekulės forma yra skirtingi dalykai. Šie kiekiai neteigia tapačių išmatuotų kampų, dažnių ar krūvio pasiskirstymų. Hidridai taip pat gali būti joniniai, molekuliniai, polimeriniai ar ištisinės struktūros, todėl vienos atskiros molekulės brėžinys nėra universalus kiekvienos kietosios medžiagos aprašas.

Išsaugokite krūvį ir atskirkite suminę apskaitą nuo jos kelio

Simbolinėje suminėje lygtyje H⁻ + H₂O → H₂ + OH⁻ abiejose pusėse yra trys H atomai, vienas O ir bendras krūvis −1. Hidrido H oksidacijos laipsnio priskyrimas pasikeičia iš −1 į nulį, o vieno iš vandens kilusio H – iš +1 į nulį. Formalūs elektronų mainai sudaro vieną elektroną kiekvienai tokiai hidrido ir protono porai.

Tai neaprašo laisvo H⁺ kaip reagento butelio ir nenumato vieno elektrono radikalinio mechanizmo. Oksidacijos laipsnių elektronų mainai ir ryšių elektronų porų apskaita lenktomis rodyklėmis yra skirtingi tų pačių suminių apribojimų aprašai. Išsamiam molekuliniam keliui, tirpiklio aplinkai ir praktiniam elgesiui reikėtų papildomų duomenų; formulių apskaita nėra tvarkymo procedūra.

Redukuotoji masė pakeičia osciliatorių net esant fiksuotai jėgos konstantai

Dviejų kūnų harmoninio osciliatoriaus dažnis yra f=(1/(2π))√(k/μ), kur k yra jėgos konstanta, o μ=m₁m₂/(m₁+m₂) – redukuotoji masė. Bangos skaičius yra f/c, perskaičiuojant vienetus, jei pateikiama cm⁻¹. Tai mažų harmoninių judesių modelis, o ne visas tikras molekulinis spektras.

Išgalvotam vienodų masių dviatomiam palyginimui pasirinkite k=500 N m⁻¹ ir kiekvieno atomo masę 1 u arba 2 u. Naudokite pateiktą atominės masės konstantą u=1.66053906892× 10⁻²⁷ kg ir tikslų šviesos greitį vakuume c=299792458 m s⁻¹. Redukuotosios masės yra 0.5 u ir 1 u. Modelio bangos skaičiai yra maždaug 4119.788 ir 2913.130 cm⁻¹; jų santykis yra √2.

Atomų masės 1 u/2 u ir jėgos konstanta yra supaprastinti mokomieji įvesties duomenys, o ne tikros išmatuotos H ir D atomų masės ar H₂/D₂ juostos. Atominės masės konstanta yra įvertinta etaloninė vertė, o c SI sistemoje tikslus. Anharmoniškumas, tikrosios izotopų masės ir tikrasis potencialas neįtraukti. Izotopinis pakeitimas gali padėti pagrįsti priskyrimą, kai lyginami matavimo duomenys ir tinkamas modelis.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pabandykite patys

1. Ar pagal nurodytą joninį ryšio priskyrimą H junginiuose visada yra +1?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Pasirinktais NaH ir SiH₄ atvejais H priskiriamas −1.

2. Tame pačiame supaprastintame vienodų atomų osciliatoriaus modelyje su nekintama k palyginkite bangos skaičių, kai išgalvota atomo masė yra 4 u, su bangos skaičiumi, kai ji yra 1 u.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Kai masė yra 4 u, bangos skaičius yra perpus mažesnis nei esant 1 u masei ir lygus maždaug 2059.89 cm⁻¹.

   Vienodų atomų redukuotoji masė yra m/2, todėl keturis kartus padidinus m, dažnis ir bangos skaičius sumažėja perpus. Šios masės yra mokomieji įvesties duomenys, o ne išmatuotos izotopų masės.

3. Kiek ryšio elektronų porų ir laisvųjų elektronų porų prie centrinio atomo yra pasirinktoje Luiso elektronų apskaitoje įprastam NH₃, turinčiam iš viso aštuonis valentinius elektronus?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Trys ryšio elektronų poros ir viena laisvoji elektronų pora prie centrinio atomo.

   Trims N–H ryšio poroms tenka šeši elektronai; likę du sudaro laisvąją N elektronų porą.

4. Ar osciliatoriaus masės 1 u ir 2 u bei k=500 N m⁻¹ yra tikrieji H₂/D₂ spektriniai duomenys?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Tai aiškiai nurodyti mokomieji įvesties duomenys riboto taikymo harmoniniam modeliui.

Ką verta įsidėmėti

• H priskirkite atsižvelgdami į jo tikrąjį partnerį ir nurodytą susitarimą.
• H elektronų dubletas papildo centrinio atomo elektronų porų apskaitą.
• Atskirkite bendrąjį tvermės balansą nuo vyksmo kelią pagrindžiančių duomenų.
• Osciliatoriaus lygtyje išlaikykite redukuotąją masę.
• Atskirai pažymėkite modelio izotopinius įvesties duomenis ir išmatuotus spektrus.