Question

Wiemy, że dla niektóych związków chemicznych przypisywana im struktura Lewisa nie jest poprawna, np dla SO2, gdzię występuje wiązanie koordynacyjne oraz podwójne wiązanie kowalencyjne spolaryzowane. Doświadczalnie możemy jednak wykazac, że wszytskie wiązania w tej cząsteczce są równocenne energetycznie. Oznacza to, że istnieje pewna forma pośrednia pomiędzy dwiema strukturami granicznymi - hybryda rezonansowa. Wiemy także, że im więcej struktur granicznych możemy przypisac danemu związkowi tym jest on trwalszy, ponieważ. Opierając się na tym opisie i własnej wiedzy narysuj struktury graniczne dla anionu siarczanowego VI.

Answer 1

Witaj :)

W cząsteczce H₂SO4 występują tylko wiązania σ - pojedyncze wiązania kowalencyjne spolaryzowane. Między nimi są 4 takie wiązania łączące atom S z 4 atomami tlenu.

Z kolei, wśród nich są  2 wiązania łączące atom S z 2 atomami tlenu nie wiążącymi się z atomami H. Te 2 wiązania przedstawiamy w postaci strzałek skierowanych od atomu S do tych dwu atomów tlenu (nazywamy je wiązaniami koordynacyjnymi lub semi polarnymi), aby zaznaczyć odmienny sposób ich powstania. Ta odmienność polega na tym, że to wiązanie między S i O powstaje dzięki donacji swojej wolnej pary elektronowej przez atom S ( a nie jak to się najczęściej zdarza, że para elektronowa σ powstaje przy jednoelektronowym udziale obu wiążących się atomów).

 

Anion SO₄²⁻ powstaje przez oderwanie się 2 kationów H⁺, co oznacza, że obie pary σ wiążące O i H pozostają przy tych obu atomach O. W tak powstałym anionie SO₄²⁻ każdy z 4 atomów O jest połączony pojedynczym wiązaniem z centralnym atomem S i każdy z nich posiada po 3 wolne pary elektronowe. Ponieważ wiązania koordynacyjne między S i atomami tlenu niczym nie różnią się od wiązań atomu S z atomami tlenu grup O-H, więc można mówić o pełnej równocenności tych wiązań i stanów wszystkich 4 atomów tlenu.

Teorie budowy cząsteczek ( np. VSEPR) oraz badania rentgenograficzne struktury SO₄²⁻ wykazują jego tetraedryczną symetrię. Wszystkie 4 atomy tlenu znajdują się w wierzchołkach tetraedru w jednakowych odległościach 1,51A od atomu S położonego w środku geometrycznym tetraedru.

 

Co prawda, możemy sobie wyobrazić anion SO₄²⁻ jako powstały formalnie z:

--- kationu S⁶⁺ oraz 4 anionów tlenkowych O²⁻ lub

--- atomu S oraz 4 atomów O i  2e⁻

ale w obu przypadkach otrzymujemy taką sama strukturę SO₄²⁻ odznaczającą się oktetowym układem elektronowym i identycznymi wiązaniami wszystkich atomów tlenu. Konsekwencją tego jest wysoki stopień symetrii i duża trwałość.

 

Biorąc pod uwagę następujące fakty:

--- identyczność  klasycznych i koordynacyjnych wiązań S-O pod względem długości i rzędu wiązania,

--- pełną symetrię kierunków wiązań,

--- oktetowy stan wszystkich atomów w tym anionie,

--- brak wiązań podwójnych czyli elektronowych par π niezbędnych do tworzenia granicznych struktur rezonansowych ( czyli efektu mezomerycznego, efektu sprzężeniowego), u podstaw którego leży możliwość delokalizacji

 

należy stwierdzić, że nie ma najmniejszych  podstaw do rozważania innych granicznych struktur rezonansowych poza tą jedną omówioną powyżej.

 

Semper in altum...............................pozdrawiam :)

 

Jeśli podoba Ci się to rozwiązanie, możesz uznać je za najlepsze- wówczas otrzymasz zwrot 15% punktów wydanych na to zadanie. W przypadku 1 rozwiązania możesz to zrobić po godzinie od jego dodania.

PS. W razie wątpliwości - pytaj :)