Struktura OCN-Lewisa: rysunki, hybrydyzacja, kształt, opłaty, para i szczegółowe fakty

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

  1. Obliczanie całkowitych elektronów walencyjnych struktury
  2. Element potrzebuje najniższej elektroujemności, aby zająć centralną pozycję
  3. 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.

OCN 1
OCN- jon pokazujący centralną pozycję atomu węgla
  • 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-lewis-struktura
OCN- struktura Lewisa pokazując wiązanie między wszystkimi elementami

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.

OCN 3
OCN- struktura Lewisa pokazująca regułę oktetu

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 4
OCN- struktura Lewisa przedstawiający opłaty formalne na O, C i N

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.

OCN- struktura Lewisa
OCN- struktura Lewisa pokazująca strukturę rezonansową

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.

OCN 7
OCN- jon pokazujący geometrię elektronową

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: