Testy z chemii na akademie medyczną

Chemia wybór testów, tom I, MEDYK, Warszawa 2003

9. Przewidywanie budowy przestrzennej

9.1 Hybrydyzacja

620
Hybrydyzacja orbitali atomowych to:
A egzotermiczny proces uwspólniania pary elektronowej
B mieszanie funkcji falowych atomów tworzących wiązanie
C zabieg czysto matematyczny prowadzący do obliczenia rozkładu przestrzennego elektronów w cząsteczkach
D delokalizacja elektronów na całą cząsteczkę, jak np. w cząsteczce benzenu
E zmiana kształtu orbitali atomowych pod wpływem różnic w elektroujemności atomów tworzących wiązanie

622
Kąty między wiązaniami w cząsteczce CO₂ wynoszą 180^o, a w cząsteczce H₂O ok. 105^o, ponieważ:
A różnica elektroujemności między atomami tlenu i węgla jest mniejsza niż między atomami tlenu i wodoru
B w cząsteczce CO₂ występują wiązania podwójne, a w cząsteczce H₂O pojedyncze
C atomy tlenu są dwuwartościowe, a węgla czterowartościowe
D orbitale atomu węgla w CO₂ są w stanie hybrydyzacji sp, a orbitale atomu tlenu w H₂O w stanie hybrydyzacji sp³
E prawdziwe jest A i B

625
Wybierz grupę trzech związków, w cząsteczkach których chociaż jeden atom ma zhybrydyzowane orbitale sp³

629
Jakie figury geometryczne opisują cząsteczkę następującego związku organicznego:
CH₂=CH-CH₂-CH=CH₂
A cząsteczka ma budowę liniową
B ze względu na wiązania wielokrotne cząsteczka nie jest liniowa, ale całkiem płaska
C poza jednym tetraedrem reszta atomów węgla umieszczona jest nieliniowo i niekoniecznie w jednej płaszczyźnie
D poza jednym tetraedrem reszta atomów węgla umieszczona jest wzdłuż jednej prostej
E ze wzoru strukturalnego tego węglowodoru nie można określić ułożenia atomów węgla i wodoru w cząsteczce tego związku.

631
Cząsteczki: tiofenu, aldehydu benzoesowego i chloroetenu wykazują wspólne właściwości:
A atomy węgla w nich są w stanie hybrydyzacji sp
B wykazują właściwości zasadowe
C są związkami aromatycznymi
D atomy węgla w nich są w stanie hybrydyzacji sp² i w związku z tym są płaskie
E atomy węgla w nich są w stanie hybrydyzacji sp³

635

640
W cząsteczce związku organicznego o nazwie trans-2-buten (trans-but-2-en), w jednej płaszczyźnie leżą:

642
Hybrydyzacja digonalna atomu węgla występuje jako jedyna we wszystkich cząsteczkach wymienionych w punkcie:

645
W cząsteczce acetylenu HCºCH obydwa atomy węgla wykazują hybrydyzację sp. Wynika z tego, że wiązania w tej cząsteczce utworzone zostały przez następujące orbitale każdego atomu węgla:
A 1 orbital atomowy s i jeden orbital atomowy p
B 2 orbitale atomowe s i dwa orbitale atomowe p
C 1 orbital zhybrydyzowany sp i 2 orbitale atomowe p
D 2 orbitale zhybrydyzowane sp i 2 orbitale atomowe p

652
Wybierz zestaw w którym cząsteczki różnią się momentem dipolowym

657
Moment dipolowy cząsteczki azotu równa się zero ponieważ atomy azotu:
A są mało aktywne chemicznie
B charakteryzują się jednakową elektroujemnością
C ulegają hybrydyzacji typu sp
D tworzą ze sobą jedno wiązanie s i dwa mało trwałe wiązania typu p

661
Wartość momentu dipolowego cząsteczki wynika z niesymetrycznego rozłożenia ładunku elektrycznego związanego z polaryzacją wiązań i ich geometrią. Spośród poniżej wymienionych:

momentem dipolowym równym zeru charakteryzują się cząsteczki substancji:

1.1. Metoda VSEPR

663
Metoda VSWPR pozwala na określenie budowy przestrzennej każdej drobiny złożonej z pierwiastków należących do grup głównych układu okresowego, jeśli tę drobinę można zapisać w postaci wzoru ogólnego: EA_nH_m
gdzie:
E- atom centralny
A – ligand z wyjątkiem atomu wodoru jako ligandu
n – łączna liczba ligandów A
m – liczba atomów wodoru
O geometrii związku decyduje liczba przestrzenna (Lp).
Wartości liczby przestrzennej dla następujących drobin: HCN, SO₄^2-, NH₄⁺, SO₂ wynoszą odpowiednio:

664
Jedną z metod pozwalających na określenie budowy przestrzennej drobiny złożonej z pierwiastków należących do grup głównych układu okresowego jest metoda VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion). Według wyliczeń w oparciu o założenia metody VSEPR jon SO₄^2- wykazuje symetrię:

666
Cząsteczka C₂H₂ jest apolarna ponieważ:
A składa się z czterech atomów
B zawiera wiązanie potrójne między atomami węgla, a pojedyncze między atomami węgla i wodoru
C w jej skład wchodzą atomy dwóch rożnych pierwiastków należących do różnych grup układu okresowego
D wszystkie atomy w cząsteczce leżą w jednej linii, a długości wiązań węgiel-wodór są równe

668
W oparciu o podstawowe założenia metody VSEPR przyporządkuj liczbę elektronów walencyjnych podanym niżej drobinom:

669
Korzystając z metody VSEPR określ kształt przestrzenny cząsteczki CCl₂H₂. Jest to cząsteczka o budowie:

670
Korzystając z metody VSEPR określ kształt cząsteczki PCl₅. Jest to cząsteczka o budowie:

Odpowiedzi

620
Odp. C
Hybrydyzacja jest zabiegiem czysto matematycznym (model matematyczny) dzięki któremu możemy przewidzieć rozkład elektronów w cząsteczce.

622
Odp. D
Elektrony wiązania s i elektrony wolnych par elektronowych znajdują się zawsze na orbitalach zhybrydyzowanych. Węgiel w CO₂ jest w hybrydyzacji sp (dwa wiązania s ). Taka hybrydyzacja wymusza by kąt między wiązaniami wynosił 180^o. Tlen w cząsteczce wody jest w hybrydyzacji sp³ (dwa wiązania s i dwie wolne pary elektronów). Kąt między wiązaniami powinien wynosić 109^o28’, jednakże ze względu na odpychanie się wolnych par elektronowych kąt między nimi zwiększa się, natomiast kąt między wiązaniami nieco się zmniejszy.

625
Odp. D
Patrz pytanie 622. Atom w stanie hybrydyzacji sp³ posiada 4 orbitale zhybrydyzowane z których może utworzyć:

¨ 4 wiązania s

¨ 3 wiązania s, pozostaje 1 wolna para elektronowa

¨ 2 wiązania s, pozostają 2 wolne pary elektronowe

¨ 1 wiązanie s, pozostają 3 wolne pary elektronowe

Warunki te spełniają cząsteczki: H₂O (2 wiązania s i 2 wolne pary elektronowe), CH₄ (4 wiązania s), NH₃ (3 wiązania s i 1 wolna para elektronowa)

629
Odp. C

631
Odp. D

Wszystkie atomy węgla są w stanie hybrydyzacji sp². W tiofenie atom siarki również jest w hybrydyzacji sp² (musi być, ponieważ związek jest aromatyczny). Aromatyczność związku wymaga by miał sekstet elektronów, które obsługują cały pierścień: 4 elektrony p i dwa elektrony wolnej pary elektronowej siarki.

635
Odp. A
Ilość orbitali atomowych ulegających hybrydyzacji jest równa ilości orbitali zhybrydyzowanych. W punkcie I są 2 orbitale zhybrydyzowane, czyli musiały powstać z dwóch orbitali atomowych (s i p – hybrydyzacja sp). W punkcie IV są trzy orbitale zhybrydyzowane, które powstały z 3 orbitali atomowych (s+2p – hybrydyzacja sp². Kształt kulisy posiada jedynie orbital atomowy s.

640
Odp. C

642
Odp. A
Hybrydyzacja digonalna (sp) oznacza, że atom centralny posiada 2 wiązania s i żadnych wolnych par elektronowych (wolne pary elektronowe znajdują się prawie zawsze na orbitalach zhybrydyzowanych)

645
Odp. D

652
Odp. A

Moment dipolowy powstaje w wyniku nierównomiernego rozkładu elektronów w cząsteczce (polaryzacji wiązań wynikającej z różnicy w elektroujemności). Rzeczywisty moment dipolowy jest wektorową sumą momentów cząstkowych (momentów dipolowych pochodzących od wiązań i momentów dipolowych pochodzących od wolnych par elektronowych). Tylko w przypadku A cząsteczka SO₂ posiada moment dipolowy (cząstkowe momenty dipolowe nie równoważą się)

657
Odp. B
Patrz pytanie 652. Atomy azotu charakteryzują się jednakową elektroujemnością, rozkład elektronów jest zatem symetryczny.

661
Odp. C
Tylko w 1 i 5 przypadku momenty cząstkowe znoszą się, więc wypadkowy moment dipolowy m=0
W książce jest zaznaczona odp B. Jest ona błędna, chlorek metylenu wykazuje pewną wartość momentu dipolowego.

1.2. Metoda VSEPR

663
Odp. A
Liczba przestrzenna zwana również liczbą hybryd (L_h) decyduje o kształcie cząsteczki. Powiązana jest ona ściśle ze wzorami elektronowymi Lewisa, wg których każdy atom (oprócz atomu wodoru) musi mieć oktet elektronowy, a atom wodoru dublet. Każdy atom tworzący cząsteczkę wnosi pewną liczbę elektronów walencyjnych (L_w), które w cząsteczce noszą również nazwę elektronów walencyjnych (w przypadku jonów należy dodać liczbę elektronów równą ładunkowi anionu, lub odjąć ilość równą ładunkowi kationu). Elektronami tymi obdzielane są wszystkie ligandy, tak by uzyskały oktet, oraz atomy wodoru by mogły uzyskać dublet. Ilość elektronów jaka zostaje po obdzieleniu wszystkich atomów występuje w postaci wolnych par elektronowych (L_wp) na atomie centralnym. Suma L_wp i wiązań s (czyli m+n) jest właśnie liczbą przestrzenną. Z uwagi na to, że wolne pary elektronowe oraz wiązania s tworzone są z orbitali zhybrydyzowanych, liczba ta wskazuje na hybrydyzacje atomu centralnego (E), a pośrednio na kształt cząsteczki.

^* Liczba elektronów na atomie centralnym dzielona jest przez 2 w celu obliczenia liczby wolnych par elektronowych. Obliczona w ten sposób liczba par elektronowych nie jest równa rzeczywistej liczbie par elektronowych występujących na atomie centralnym.
L_p=2 – hybrydyzacja sp (digonalna)
L_p=3 – hybrydyzacja sp² (trygonalna)
L_p=4 – hybrydyzacja sp³ (tetragonalna)
L_p=5 – hybrydyzacja sp³d (bipiramidy trygonalnej)

664
Odp. A
Porównaj pytanie 663

666
Odp. D

668
Odp. B
Zobacz pytanie 663

669
Odp. C
Zobacz pytanie 663
Liczba elektronów walencyjnych L_w=4+2^.7+2^.1=20; L_wp=½^.(20-2^.8-2^.2)=0, L_p=0+2+2=4

670
Odp. D
Porównaj pytanie 663
Liczba elektronów walencyjnych L_w=5+5^.7=40; L_wp=½^.(40-5^.8)=0, L_p=0+5=5