Jon cyjanianowy ma wzór chemiczny OCN-. Jest również znany jako izocyjaniany. Jest ambidentalnym ligandem, który tworzy kompleksy.
Cyjanian to bezbarwna, ciekła substancja o słabym zapachu. Potraktowany wodą tworzy toksyczne opary, a także po podgrzaniu w wysokiej temperaturze aż do rozkładu mogą wytworzyć się toksyczne dla zdrowia opary cyjanku i tlenku azotu. W tym artykule wstępnym dowiadujemy się o OCN- struktura Lewisa i jej szczegółowe fakty.
Jak narysować strukturę Lewisa dla OCN-?
O czym należy pamiętać podczas rysowanie dowolnej struktury Lewisa
- Obliczanie całkowitych elektronów walencyjnych struktury
- Element potrzebuje najniższej elektroujemności, aby zająć centralną pozycję
- Łączenie wszystkich elementów za pomocą klejenia
Wzór chemiczny dla cyjanian jon jest OCN-.
Masa cząsteczkowa OCN- wynosi 42.017 g mol-1.
Geometria molekularna OCN- ma kształt liniowy.
OCN- ma hybrydyzację sp.
OCN- ma charakter polarny.
Izomerem mniej stabilnego anionu piorunującego jest cyjanian. Ma również różne formy soli, takie jak cyjanian amonu. Cyjanian to anion składający się z trzech różnych pierwiastków, tj. tlenu, węgla i azotu. Większość związków cyjanianowych jest toksyczna przy wdychaniu, łatwopalna, a także może powodować podrażnienie oczu, skóry i błon śluzowych.
Jest to ligand pomostowy i ambidentalny (ambidentalny oznacza, że może koordynować z dowolnym z dwóch różnych elementów).
W strukturze OCN-lewisa występuje pojedyncze wiązanie kowalencyjne pomiędzy atomem węgla i tlenu oraz potrójne wiązanie w obrębie atomów tlenu i azotu. Atom azotu w OCN- struktura Lewisa nosi ładunek ujemny na nim.
OCN- elektrony walencyjne
- OCN- Obliczanie całkowitej wartościowości elektronów struktury
Obliczmy całkowitą liczbę elektronów walencyjnych na jonie OCN-. Jak my wiem, że jon OCN obejmuje trzy pierwiastki tlen, węgiel i azot, musimy sprawdzić pozycję grupy tych trzech pierwiastków w układzie okresowym. Atom tlenu należy do 16th grupa, atom węgla należy do 14th grupa i atom azotu należy do 15th grupa układu okresowego.
Dlatego atom O zawiera 6 elektronów walencyjnych, atom C zawiera 4 elektrony walencyjne, a atom N zawiera 5 elektronów walencyjnych w swojej powłoce walencyjnej. Ponieważ jon OCN- ma jeden atom O, jeden atom C i jeden atom N, obliczmy najpierw całkowitą liczbę elektronów walencyjnych dla jonu OCN-.
Elektrony walencyjne atomu tlenu = 6 x 1 (O) = 6
Elektrony walencyjne atomu węgla = 4 x 1 (C) = 4
Elektrony walencyjne atomu azotu = 5 x 1 (N) = 5
Teraz dodaj dodatkowy elektron dla ujemnego (-) ładunku obecnego na jonach OCN-
Tak więc OCN- jon elektronów walencyjnych = 6 (O) + 4 (C) + 5 (N) + 1 (-) = 16
Dlatego całkowite elektrony walencyjne na OCN- struktura Lewisa ma szesnaście lat.
Znajdźmy całkowite pary elektronów na strukturze OCN-lewisa dzieląc całkowitą liczbę elektronów walencyjnych przez dwa.
OCN- całkowite pary elektronów = OCN- całkowite elektrony walencyjne / 2 = 16/2 = 8
Stąd w strukturze OCN-lewisa znajduje się łącznie osiem par elektronów.
- Element potrzebuje najniższej elektroujemności, aby zająć centralną pozycję
Atom o najmniejszej elektroujemności zajmie centralną pozycję OCN- struktura Lewisa. Atom O ma elektroujemność 3.44, atom C ma elektroujemność 2.55, a atom azotu ma elektroujemność 3.04. Tak więc atom węgla jest najmniej elektroujemny ze wszystkich trzech pierwiastków. Wtedy atom węgla zajmie centralną pozycję OCN- struktura Lewisa.
- Łączenie wszystkich elementów za pomocą klejenia
Teraz połącz ze sobą wszystkie trzy elementy O, C i N, łącząc je pojedynczym wiązaniem kowalencyjnym. W każdym pojedynczym wiązaniu kowalencyjnym występują dwa elektrony walencyjne.
OCN- reguła oktetu struktury Lewisa
Mamy w sumie 16 elektronów walencyjnych w OCN- struktura Lewisa, z czego cztery elektrony uczestniczą w wiązaniu OC i CN, czyli dwie pary wiązań. Teraz pozostaje nam więcej 12 elektronów walencyjnych do rozmieszczenia na OCN- struktura Lewisa aby uzupełnić oktet wszystkich trzech elementów obecnych w jonie.
Aby skompletować oktet, musimy umieścić osiem elektronów w powłoce walencyjnej atomów. Teraz musimy uzupełnić oktet pierwiastków zewnętrznych, czyli atom tlenu i azotu.
Powyższa struktura pokazuje, że pozostałe elektrony są dzielone na O i N, jest sześć elektronów na tlenie i sześć elektronów na atomie azotu. Widzimy więc, że atomy O i N mają pełny oktet, czyli dwie pary wiązań i trzy pary samotne. Podobnie atom N ma również elektrony z wiązaniem teo i trzy samotne elektrony.
Tak więc atomy O i N mają pełny oktet z ośmioma elektronami, ale atom C ma tylko cztery elektrony, tj. elektrony par wiązań.
Tak więc atom węgla nie jest spełniony, ponieważ jego oktet nie jest kompletny i struktura jest niestabilny. Następnie musimy przenieść elektrony z atomów azotu i tlenu, aby uzupełnić oktet centralnego atomu węgla, a także utworzyć wiązania podwójne lub potrójne, aby uzyskać stabilną strukturę OCN-lewisa, którą widzimy dalej w wyjaśnieniu struktury rezonansowej.
OCN – opłaty formalne struktury Lewisa
Atomy w dowolnym struktura Lewisa mając mały ładunek formalny, daje bardziej stabilną strukturę. Istnieje następujący wzór na zliczanie ładunków formalnych na atomach w strukturze Lewisa.
Ładunek formalny = (elektrony walencyjne – elektrony niewiążące – ½ elektronów wiążących)
Policzmy opłaty formalne na strukturze OCN-lewisa. Więc najpierw policzymy formalny ładunek atomu tlenu.
Atom tlenu: elektrony walencyjne tlenu = 06
Niewiążące elektrony tlenu = 06
Elektrony wiążące tlen = 02
Ładunek formalny tlenu = (6 – 6 – 2/2) = -1
Atom węgla: elektrony walencyjne węgla = 04
Niewiążące elektrony węgla = 00
Elektrony wiążące węgiel =04
Ładunek formalny na węglu = (4 – 0 – 4/2) = +2
Atom azotu: elektron walencyjny azotu = 05
Niewiążący elektron azotu = 06
Elektrony wiążące azot =02
Formalny ładunek azotu = (05 – 06 – 2/2) = -2
Stąd atom tlenu ma ładunek formalny -1, atom węgla ma ładunek formalny +2, a atom azotu ma ładunek formalny -2 w strukturze OCN-lewisa.
OCN- struktura Lewisa samotne pary
W OCN- struktura Lewisa, po skompletowaniu obu elementów zewnętrznych, tj. O i N, na obu atomach znajduje się łącznie dwanaście niewiążących elektronów. Oznacza to łącznie sześć samotnych elektronów pary są obecne na strukturze OCN-lewis w niestabilnej formie.
Tak więc atom tlenu ma trzy samotne pary elektronów, atom węgla ma zero samotnych par elektronów, a atom azotu ma trzy samotne pary elektronów na OCN- struktura Lewisa.
OCN- rezonans struktury Lewisa
OCN- struktura Lewisa pokazuje trzy nierównoważne struktury rezonansowe z tworzeniem wielokrotnych (podwójnych / potrójnych) wiązań przez przeniesienie elektronów w jonie.
W strukturze rezonansowej OCN rozkłady ładunków i wiązania są różne i mają różne poziomy energii. Niektóre struktury rezonansowe wykazują większą stabilność niż inne struktury rezonansowe. Zgodnie z zasadami struktury rezonansowej, jeśli struktura ma mniej energii, niż ma bardziej stabilny charakter.
Widzieliśmy już w temacie dotyczącym ładunków formalnych, że struktura OCN-Lewisa zasadniczo składa się z trzech ładunków -1 na O, +2 na C i -2 na N. Teraz musimy przekonwertować pojedyncze pary elektronów atomu N zamiast atomu O , ponieważ O jest bardziej elektroujemny niż atom N. Azot, który jest mniej elektroujemny, może dostarczyć więcej elektronów walencyjnych do współdzielenia.
Aby uzyskać stabilniejszą strukturę rezonansową, ładunek ujemny powinien znajdować się na elemencie o większej elektroujemności. Tak więc w powyższej strukturze tlen mający ładunek ujemny na jednej strukturze rezonansowej, który jest bardziej stabilny, ponieważ tlen jest bardziej elektroujemny niż C i N.
Musimy przekształcić pojedyncze elektrony atomów azotu w parę wiązań, aby utworzyć wiązanie CN w atomie C i N. Ponieważ na atomach jest więcej ładunków, musimy przekształcić więcej samotnych par elektronów atomu N w parę wiązań, aby uzyskać potrójne wiązanie między C i N, tworząc ładunek ujemny na atomie O, aby uzyskać bardziej stabilną strukturę.
Teraz w powyższej bardziej stabilnej strukturze widzimy, że atom węgla ma teraz osiem elektronów w czterech parach wiązań, tzn. atom węgla jest zadowolony z pełnego oktetu. Równie dobrze ładunek ujemny jest na atomie O, ponieważ jest bardziej elektroujemny i pokazuje się dobrze struktura Lewisa.
Tak więc ostatecznie stwierdzamy, że struktura OCN-lewisa wykazuje trzy rezonanse po zminimalizowaniu na niej ładunków. Jedna struktura rezonansowa przedstawia wiązanie pojedyncze między OC i wiązanie potrójne między CN, druga struktura rezonansowa przedstawia wiązanie potrójne między OC i wiązanie pojedyncze między CN, a trzecia struktura rezonansowa przedstawia wiązania podwójne między OC i CN.
OCN-kształt struktury Lewisa
Jak już widzieliśmy w powyższym rezonansie wyjaśnienie struktury, że atom O ma -1 ujemny ładunek, ponieważ jest bardziej elektroujemny. Również O i C mają pojedyncze wiązanie kowalencyjne, a atom C i N ma wiązanie potrójne wykazujące stabilną formę struktury. Tak więc na centralnym atomie węgla znajdują się zero samodzielnych par elektronów. Ogólny wzór teorii VSEPR dla jonu OCN- to AX2.
Zgodnie z powyższą strukturą i jej elektronami walencyjnymi, układ atomów OCN wygląda planarnie; nie ma też samotnych par elektronów, a także nie ma geometrii wygięty kształt. Zatem zgodnie z teorią VSEPR struktura OCN-Lewisa ma kształt liniowy.
OCN – Hybrydyzacja
Hybrydyzacja dowolnej cząsteczki może być określona przez gęstość elektronową obecną na atomie. W omówionej powyżej strukturze OCN-lewisa centralny atom węgla tworzy wiązania w obrębie atomu tlenu i azotu, teraz omówmy jego hybrydyzację.
Istnieje potrójne wiązanie między węglem a azotem, które wykazuje jedną gęstość elektronową, również węgiel ma pojedyncze wiązanie kowalencyjne, a atom tlenu ma drugą gęstość elektronową. Ponieważ w strukturze OCN-lewisa występują dwie gęstości elektronowe dla atomu węgla, dwa orbitale hybrydowe mogą tworzyć się przez atom węgla, tworząc wiązania z atomami tlenu i azotu.
Dlatego atom węgla może tworzyć jeden orbital hybrydowy „p” i jeden orbital hybrydowy „p” podczas tworzenia pojedynczego wiązania bona i potrójnego wiązania z atomem tlenu i azotu. Tak więc centralny atom węgla ma „sp” hybrydyzacja w strukturze OCN-lewis.
OCN- polarny lub niepolarny
Należy zwrócić uwagę na kilka punktów, biorąc pod uwagę, że każda cząsteczka ma charakter polarny lub niepolarny, jak następuje.
- Jeśli dwa atomy mają większą różnicę elektroujemności, to cząsteczka ma charakter polarny.
- Symetria lub asymetryczny kształt cząsteczki, jeśli symetryczny to niepolarny, a jeśli asymetryczny to cząsteczka polarna.
- Moment dipolowy tworzy się z powodu bardziej elektroujemnych atomów centralnych.
Omówmy polarny lub niepolarny charakter struktury OCN-lewisa. Elektroujemność atomu C wynosi 2.55, elektroujemność atomu O wynosi 3.44, a elektroujemność atomu N wynosi 3.04. Wyraźnie widać różnice elektroujemności wszystkich trzech pierwiastków.
W przypadku struktury OCN-lewisa wiązanie węgiel i tlen (CO) oraz węgiel i azot (CN) tworzy na nim dipol ze względu na ich różnice elektroujemności. Zasadniczo wiemy że cząsteczka jest polarna, gdy ma jedną lub więcej samotnych par elektronów na elemencie centralnym i ma różne elementy zewnętrzne.
Tak więc centralny atom węgla jonu OCN- nie ma samotnych par elektronowych, a także jon OCN- ma asymetryczną geometrię. Tak więc jon OCN- ma charakter polarny.
OCN- kąt wiązania struktury Lewisa
Struktura OCN-lewisa składa się z trzech elementów ułożonych w jednej poziomej płaszczyźnie i ma asymetryczny rozkład elektronów, który pokazuje liniowy kształt jonu OCN-.
Tak więc struktura OCN-lewisa ma kąt wiązania 180 stopni.
OCN- geometria elektronów struktury Lewisa
Omówiliśmy już strukturę Leisa, ładunki formalne, elektrony walencyjne i strukturę rezonansową jonu OCN-. Z tego widać, że na jonie OCN- znajduje się 16 elektronów walencyjnych.
Z tych 16 elektronów walencyjnych możemy stworzyć dwa podwójne wiązania między OC i CN lub możemy stworzyć jedno potrójne wiązanie między OC lub CN. Ale stabilna forma struktury rezonansowej OCN- wykazuje pojedyncze wiązanie między atomami O i C oraz potrójne wiązanie między atomami C i N z ujemnym ładunkiem na atomie O. Istnieją również trzy samotne pary na atomie O i dwie samotne pary na atomie N, dzięki czemu ten jon jest określany jako ligand ambidentalny.
Tak więc jon OCN- wykazuje tetraedryczną geometrię pary elektronów.
OCN- Zastosowania
Ponieważ jon cyjanianowy (OCN-) ma charakter toksyczny, tj. jest łatwopalny, powoduje również podrażnienia skóry, oczu i błon śluzowych człowieka. Nie widzieliśmy jonów cyjanianowych w naszym codziennym życiu. Może być stosowany tylko w fabrykach i przemyśle chemicznym wysokiego poziomu.
Przeczytaj także:
- Struktura Lewisa Nh4
- Struktura Lewisa Nsf
- Struktura Lewisa Mg3n2
- Struktura Lewisa Chf3
- Struktura Lewisa Sicl2br2
- Struktura Lewisa Ncl3
- Struktura Lewisa Ch2n2
- Struktura Clo Lewisa
- Struktura Lewisa Bacl2
- Struktura Lewisa Baf2
Witam wszystkich, jestem dr Shruti M Ramteke, zrobiłem doktorat. w chemii. Pasjonuję się pisaniem i lubię dzielić się swoją wiedzą z innymi. Zapraszam do kontaktu ze mną na LinkedIn