Kalkulator reda vezi - Določite trdnost molekulske vezi

Kaj je vezni red?

Vezni red je število, ki kaže, koliko kemičnih vezi povezuje dva atoma v molekuli. Izhaja iz teorije molekulskih orbital, modela kemijske vezi, pri katerem elektroni zapolnjujejo skupne orbitale, ki obdajajo celotno molekulo, namesto da bi ostali na enem atomu. Vezni red 1 pomeni enojno vez, 2 pomeni dvojno vez, 3 pa trojno vez. Vezni red napoveduje tudi trdnost in dolžino vezi: večji vezni red pomeni krajšo in močnejšo vez.

Formula za vezni red

Molekulske orbitale so dveh vrst. Vezna orbitala vsebuje elektrone, ki privlačijo atoma skupaj. Protivezna orbitala vsebuje elektrone, ki atoma odrivajo narazen. Vezni red izračunamo iz elektronov v posamezni vrsti:

$\text{Vezni red} = \frac{\text{vezni elektroni} - \text{protivezni elektroni}}{2}$

Deljenje z 2 upošteva dejstvo, da ena vez ustreza enemu skupnemu elektronskemu paru.

Kako izračunati vezni red

1. Poiščite diagram molekulskih orbital za molekulo ali izračunajte, koliko valenčnih elektronov ima.
2. Preštejte elektrone v veznih orbitalah (označenih z σ in π).
3. Preštejte elektrone v protiveznih orbitalah (označenih z σ* in π*).
4. Od števila veznih elektronov odštejte število protiveznih elektronov.
5. Rezultat delite z 2.

Izračunan primer: kisik (O₂)

Kisik ima 12 valenčnih elektronov. Ko jih razporedimo v diagram molekulskih orbital, je 8 elektronov v veznih orbitalah, 4 pa v protiveznih orbitalah.

Vezni red = (8 − 4) / 2 = 2

To se ujema z dvojno vezjo O=O, ki jo kemiki opažajo pri poskusih. Slika z molekulskimi orbitalami pojasnjuje tudi, zakaj je O₂ paramagneten (privlači ga magnetno polje): dva njegova protivezna elektrona sta neparna, česar preprosta Lewisova struktura ne more prikazati.

Pogoste molekule in njihovi vezni redi

Delni vezni redi, kot je 2,5 pri dušikovem monoksidu (NO), nastanejo, ko ima molekula liho število elektronov ali ko je njena struktura zmes več kot ene razporeditve. Benzen je dobro znan primer, ki ni v tej tabeli: vsaka vez med ogljikovima atomoma ima vezni red 1,5, na sredini med enojno in dvojno vezjo, ker so elektroni v obroču enakomerno razporejeni okoli vseh šestih ogljikovih atomov, namesto da bi bili vezani na določena mesta.

Trojna vez v dušiku je nenavadno močna, zato se N₂ plin težko razcepi, čeprav dušik sestavlja večino Zemljinega ozračja. Fluor ima kljub temu, da je zelo reaktiven element, v F₂ le enojno vez; ta razmeroma šibka vez je eden od razlogov, da F₂ tako hitro reagira z drugimi snovmi.

Uporaba kalkulatorja

V vnosno polje vpišite kemijsko formulo, na primer O2, N2, CO ali H2O, pri čemer uporabite navadne številke namesto indeksov. Vezni red se prikaže samodejno takoj, ko vnesete prepoznano formulo; ločen gumb ni potreben. Izberite Ponastavi, da počistite polje.

Pri formulah se razlikujejo velike in male črke: CO (ogljikov monoksid) ni enak vnosu co ali Co. Orodje prepozna določen seznam 37 pogostih molekul: 13 homonuklearnih dvoatomnih molekul, kot sta H₂ in O₂, ter 24 preprostih spojin, kot so CO₂, NH₃ in NaCl. Pri molekuli z več kot dvema atomoma prikaže vezni red glavne vezi, ne pa ene vrednosti za vsako vez. Pri CO₂ je to vez C=O, zato je rezultat 2; pri etenu (C₂H₄) je to vez C=C, zato je tudi tam rezultat 2, ne pa povprečje, ki bi vključevalo štiri enojne vezi C–H. Če formula ni na seznamu, se prikaže sporočilo, da vezni red ni na voljo.

Diagram ob rezultatu nariše eno črto za vsako celotno vez, tako kot strukturna formula: eno črto za enojno vez, dve za dvojno in tri za trojno vez. Ulomljeni vezni red doda črtkano črto za preostali del vezi, zato je NO (2,5) prikazan z dvema polnima in eno črtkano črto.

Kako sta vezni red ter trdnost in dolžina vezi povezani

Vezni red in dolžina vezi se spreminjata v nasprotnih smereh: ko se vezni red poveča, se dolžina vezi zmanjša. Vezni red in trdnost vezi se spreminjata v isti smeri: ko se vezni red poveča, se poveča tudi energija, potrebna za pretrganje vezi. Vezi med ogljikovima atomoma ta vzorec jasno ponazarjajo.

Enak vzorec se pojavlja pri infrardeči spektroskopiji, tehniki, ki prepoznava vezi po frekvenci svetlobe, ki jo absorbirajo. Trojne vezi nihajo pri višjih frekvencah kot dvojne vezi, te pa pri višjih frekvencah kot enojne vezi, zato lahko kemiki pogosto že iz mesta absorpcije infrardeče svetlobe v vzorcu ugotovijo, katera vrsta vezi je prisotna.

Omejitve veznega reda

Zgornja formula dobro deluje pri preprostih kovalentnih molekulah, v katerih si dva atoma neposredno delita elektrone. Drugje je njena uporaba manj enoznačna.

Molekule z resonanco, kot sta benzen ali ozon, dobijo le povprečni vezni red in ne vrednosti za eno točno določeno strukturo. Spojine prehodnih kovin vključujejo d-orbitale in druge učinke, ki jih osnovna formula vezni elektroni minus protivezni elektroni ne zajame; kemiki za te primere uporabljajo bolj specializirane metode, kot je Mayerjev vezni red.

Ionske spojine so povsem ločen primer. Natrijev klorid (NaCl) povezuje električna privlačnost med ionoma Na⁺ in Cl⁻, ne pa skupni par elektronov v molekulski orbitali. Vezni red, določen z metodo molekulskih orbital, takšne vrste vezi ne opisuje povsem ustrezno. Nekatere referenčne tabele, tudi ta kalkulator, vseeno navajajo nominalno vrednost, prešteto iz Lewisove formule (1 za NaCl, 2 za MgO), vendar ta številka nima enakega fizikalnega pomena kot pri kovalentni molekuli, kot sta O₂ ali N₂.

Pogosta vprašanja

Kaj je vezni red preprosto povedano? To je število, ki kaže, koliko vezi povezuje dva atoma: 1 pri enojni vezi, 2 pri dvojni vezi, 3 pri trojni vezi in ulomki, kot je 1,5, pri molekulah z resonanco.

Kako izračunamo vezni red? Od števila veznih elektronov odštejemo število protiveznih elektronov, nato pa rezultat delimo z 2.

Zakaj ima dušik (N₂) večji vezni red kot kisik (O₂)? N₂ ima le 2 protiveznih elektronov, medtem ko jih ima O₂ 4. Manj protiveznih elektronov pomeni močnejšo skupno vez, zato je vezni red pri N₂, ki znaša 3, večji od veznega reda pri O₂, ki znaša 2.

Ali je lahko vezni red ulomek? Da. Molekule z lihim številom valenčnih elektronov ali z resonanco med več strukturami imajo delne vezne rede, na primer 2,5 pri NO ali 1,5 pri vezeh med ogljikovima atomoma v benzenu.

Ali večji vezni red vedno pomeni stabilnejšo molekulo? Običajno večji vezni red pomeni močnejšo posamezno vez, vendar je splošna stabilnost molekule odvisna tudi od geometrije, resonance in stabilnosti produktov, ki bi nastali pri reakciji.

Ali vezni red velja za ionske spojine, kot je kuhinjska sol? Ne v strogem smislu molekulskih orbital. Ionske spojine povezuje privlačnost med nabitimi ioni, ne pa skupni elektronski pari, zato formula vezni elektroni minus protivezni elektroni zanje v resnici ni ustrezna, tudi kadar je zaradi priročnosti navedena nominalna vrednost.

Viri

1. Mulliken, R. S. (1955). »Electronic Population Analysis on LCAO-MO Molecular Wave Functions.« The Journal of Chemical Physics, 23(10), 1833–1840.
2. Pauling, L. (1931). »The Nature of the Chemical Bond.« Journal of the American Chemical Society, 53(4), 1367–1400.
3. Atkins, P. W. in de Paula, J. (2014). Atkins' Physical Chemistry (10. izd.). Oxford University Press.
4. Housecroft, C. E. in Sharpe, A. G. (2018). Inorganic Chemistry (5. izd.). Pearson.