Question

Matura - Chemia rozszerzona - Sprawdź się !!! - st. trudności 1*

Czy w przypadku gazów CO2 i SO2 można przewidzieć na podstawie znajomości

budowy ich cząsteczek [ którą należy wykazać rachunkiem VSEPR], który z nich powinien być lepiej rozpuszczalny, dlaczego i czy tak jest rzeczywiście?

Rozwiazanie przez moderatora oznacza automatyczne poddanie się opcji popraw/usuń.

Semper in altum

Answer 1

Kształt cząsteczki CO2 określony metodą VSEPR:

Dane:
Lσ=2
n=4
m=4
Sukane:
Lp

Rozwiązanie:

Lp=Lσ+½[n- m]
Lp=2+¹/₂[4-4]
Lp=2

 

Lp - liczba przestrzenna;
Lσ - liczba wiązań pojedyńczych σ w cząsteczce;
n - liczba elektronów walenyjnych atomu centralnego;
m- liczba elektronów konieczna do uzupełnienia dubletu lub oktetu przez wszytskie atomy ligandów;

 

Liczba przestrzena 2 wskazuje na liniową strukturę cząsteczki dwutlenu węgla. Jej typ to AX2, gdzie A określa atom centralny, a X atomy przyłaczone do atomu centranego z kątem między wiązaniami równym 180 stopni. Wzór strukturalny prezentuję w załączniku (a) wraz z geometrią cząsteczki (b) oraz rozkładem ładunków cząstkowych (c) - o czym wspomnę poźniej.

 

Kształt cząsteczki SO2 określony metodą VSEPR:

Dane:
Lσ=2
n=6
m=4
Sukane:
Lp

Rozwiązanie:

Lp=Lσ+½[n- m]
Lp=2+¹/₂[6-4]
Lp=2+1

Lp=3

 

Lp - liczba przestrzenna;
Lσ - liczba wiązań pojedyńczych σ w cząsteczce;
n - liczba elektronów walenyjnych atomu centralnego;
m- liczba elektronów konieczna do uzupełnienia dubletu lub oktetu przez wszytskie atomy ligandów;

 

Liczba przestrzenna równa jest 3, co w tym przypadku oznaczamy jako typ AX2E, ponieważ atom centralny łączy się z atomami X, a ponadto ma w swojej strukturze jedną wolną, niewiążącą parę elektronową (E). W tego typu cząsteczkach kąt między wiązaniami wynosi 120 stopni (w przybliżeniu). Symetria grup eelktronowych jest kątowa. Wzór struktruralny także przedstawiam w załączniku (a) wraz z geometrią cząsteczki (b) oraz rozkładem cząstkowych ładunków na atomach (c) .

 

A teraz odpowiedź na właściwę pytanie: Czy mając te dane można stwierdzić rozpuszczalność tych gazów w wodzie - inaczej mówiąc sprawdzić ich polaraność. Bowiem zgodnie z zasadą "podobne rozpuszcza się w podobnym" woda jako rozpuszcalnik polarny rozpszca substancje również o polarnym charakterze. O tym czy cząsteczka jest polarna czy też nie decyduje rozmieszczenie ładunków cząstkowych na atomach. Cząstkowy ładunek dodatni przypisywany jest temu atomowi, który ma mniejszą elektroujemność (lub inaczej mówiąc jest bardziej elektrododatni), a ujemny bardziej elektroujemnemu. Polarność cząsteczki można określić sprawdzając, czy biegun ujemny można oddzielić od bieguna dodatniego za pomoca jednej płaszczyzny - jeśli można to jest ona polarna, jeśli się nie da to nie wykazuje charakteru polarnego. Spojrzywszy na podpunkty c z mojego załącznika można łatwo zauważyć, że w przypadku CO2 nie ma możliwość oddzielenie obu biegunów jedną płaszczyzną, a zatem jest ona niepolarna - nie jest dipolem, słabo rozpuszca się w wodzie. Po przyjrzeniu się rozkładowi cząstkowych ładunków w cząsteczce SO2 widzimy, że prowadząć jedną płaszczyznę możemy oddzielić biegun dodatni od biegunów ujemnych, zatem cząsteczka jest polarna - jest dipolem, dobrze rozpuszcza się w wodzie.

 

Wniosek:

Ze względu na polarność SO2 i niepolarność CO2 dwutlenek siarki jest lepiej rozpuszczalny w wodzie, co jest zgodne z rzeczywistością.