Budowa jonu azotanu(V) $NO_3^-$ oraz dwutlenku węgla $CO_2$ oraz ich wzory elektronowe

Zadanie polega na określeniu budowy podanych cząsteczek: $NO_3^-$ i $CO_2$, oraz narysowaniu ich wzorów elektronowych. Zacznijmy od pierwszej cząsteczki, jonu azotanu(V) $NO_3^-$.

Jon azotanu(V) $NO_3^-$:

Azot (N) ma 5 elektronów walencyjnych, natomiast tlen (O) ma 6 elektronów walencyjnych. Ponieważ mamy 3 atomy tlenu, łącznie jest 18 elektronów walencyjnych od tlenu, a dodając 5 elektronów azotu i 1 elektron dodatkowy (z uwagi na ładunek ujemny jonu) daje to łącznie 24 elektrony walencyjne do rozdzielenia.

W jonie azotanowym azot jest atomem centralnym, a atomy tlenu są rozmieszczone symetrycznie dookoła niego. Każdy atom tlenu jest połączony z azotem pojedynczym wiązaniem, co zużywa 6 elektronów (2 na każde wiązanie). Pozostałe elektrony tworzą pary elektronowe na atomach tlenu, przy czym na jednym z atomów tlenu znajduje się dodatkowa para elektronowa odpowiadająca za ładunek ujemny jonu.

Więc struktura jonu azotanu(V) wygląda następująco:

• Azot jest połączony pojedynczymi wiązaniami z trzema atomami tlenu.
• Dwa atomy tlenu mają po trzy pary elektronów nieuczestniczące w wiązaniu (lone pairs), natomiast trzeci atom tlenu ma cztery pary elektronów nieuczestniczące w wiązaniu.
• Jeden z wiązań azot-tlen jest wiązaniem podwójnym, ale ze względu na rezonans, wiązanie podwójne jest “rozprowadzane” między wszystkie trzy atomy tlenu, co powoduje, że wszystkie wiązania azot-tlen mają charakter częściowego wiązania podwójnego.

Dwutlenek węgla $CO_2$:

Węgiel (C) ma 4 elektrony walencyjne, a tlen, jak wcześniej wspomniano, ma 6 elektronów walencyjnych. Ponieważ mamy 2 atomy tlenu, łącznie jest 12 elektronów walencyjnych od tlenu, a dodając 4 elektrony węgla daje to łącznie 16 elektronów walencyjnych do rozdzielenia.

W molekule $CO_2$ węgiel jest atomem centralnym, a atomy tlenu są połączone z nim wiązaniami podwójnymi. Każde wiązanie podwójne składa się z 4 elektronów, co oznacza, że 8 elektronów jest zużywanych na oba wiązania podwójne.

Struktura $CO_2$ wygląda więc następująco:

• Węgiel jest połączony wiązaniami podwójnymi z dwoma atomami tlenu.
• Każdy atom tlenu ma dwie pary elektronów nieuczestniczące w wiązaniu.

Możemy teraz narysować wzory elektronowe tych cząsteczek, ale ponieważ nie mogę tutaj narysować graficznie, opiszę je słownie:

Dla $NO_3^-$: - Atom azotu w centrum z pojedynczymi wiązaniami do trzech atomów tlenu. - Jeden z atomów tlenu ma dodatkową parę elektronów reprezentującą ładunek ujemny jonu. - Wiązania azot-tlen mają częściowy charakter wiązania podwójnego z powodu rezonansu.

Dla $CO_2$: - Atom węgla w centrum z wiązaniami podwójnymi do dwóch atomów tlenu. - Każdy atom tlenu ma dwie pary elektronów nieuczestniczące w wiązaniu (lone pairs).