EFNAFRÆÐI
SAMEINDAEFNI
Efnasambönd þar sem atómin tengjast með samgildum tengjum kallast sameindarefni eða sameindir. Munurinn á sameindarefnum og jónaefnum er að atómin í sameindartengjum tengjast saman með því að deila með sér rafeindum en jónaefnin laðast hvort að öðru vegna rafhrifa. Atóm í samgildum tengjum deila rafeindum á milli sín í staðinn fyrir að mynda jónir. Afleiðingin af þessu er sú að mun fleiri möguleikar á tengjamyndunum eru til staðar hjá efnasamböndum sem eru mynduð úr samgildum tengjum. Efnasambönd sem myndast með samgildum tengjum eru kallaðar sameindir.
Sameindir geta verið á föstu formi, vökvaformi og einnig sem gastegundir, annað en jónaefni sem geta ekki verið á vökvaformi. Sameindir sem gerðar eru úr fyrstu 20 frumefnunum þurfa eins og jónaefni að uppfylla átturegluna. Sameindirnar gera það þó aðeins öðruvísi en jónaefnin. Þar sem atómin í samgildum tengjum geta deilt með sér rafeindum geta þau upplifað sig með 8 rafeindir (og uppfylla þannig átturegluna) þótt þau séu í rauninni bara með t.d. 7. rafeindir.
Forskeyti sem notuð eru þegar nefna á tvíefna sameindarefni:
(Guðjón Andri Gylfason, 2019, bls. 86)
HEITI TVÍEFNA SAMEINDAREFNA
Tvíefna sameindarefni myndast við samruna tveggja atóma af sitt hvorri gerð. Sem dæmi má nefna samband niturs og súrefnis sem geta myndað NO, NO2, N2O, N2O2 og fleiri. Til þess að tákna fjölda hvers atóms í sameindinni er sett forskeyti á nafn efnisins í grískum tölustöfum. Þessi forskeyti er hægt að sjá hér á töflunni fyrir ofan.
Það þarf að fylgja fjórum reglum þegar tvíefna sameindum er gefið nafn:
1.
Fyrst er ritað nafnið á frumefninu sem er minna rafneikvætt eða það sem er lengra til vinstri í lotukerfinu. Undantekningar frá þessu eru sambönd sem innihalda súrefni og halógen saman en þá er súrefnið ritað á eftir. Þetta á ekki við um flúor.
2.
Ef bæði frumefnin eru í sama flokki er það sem er neðar í flokki (hærra lotunúmer) ritað fyrst.
3.
Nafn seinna frumefnisins er þá ritað á eftir með bili á milli og því gefið viðskeytið -íð. Undantekningar er að súrefni hefur sérnafnið oxíð, vetni hýdríð og brennisteinn súlfíð.
4.
Fjöldi hvers atóms er svo tilgreindur með því að setja gríska töluorðið sem forskeyti á nafn beggja frumefnanna. Undantekning frá þessu er að forskeytið móno- er aldrei ritað á fyrra frumefnið. Hefjist heiti seinna efnisins á sérhljóða er seinna o-inu sleppt, dæmi CO er kol mónoxíð.
Regla fjögur er mjög mikilvæg þar sem við getum ekki spáð fyrir um efnaformúlur sameindaefna eins og við getum með jónaefni þar sem við þekkjum hleðsluástand jónanna sem þau mynda. Út af þessu er nauðsynlegt að tiltaka fjölda atóma hverrar gerðar innan sameindarinnar.
RAFNEIKVÆÐNI OG SKAUTUN
Skilgreiningin á rafneikvæðni er mælikvarði á tilhneigingu atóms til að draga til sín rafeindir í efnatengi. Því hærri sem rafneikvæðni atóms er því sæknara er það á rafeindir, þ.e.a.s. að draga rafeindir að sér sem dvelja örlítið lengur umhverfis það. Rafneikvæðni er mjög skyld fyrirbærum eins og rafeindasækni og jónunarorku en þó er ekki um að ræða sama fyrirbærið.
Sá sem var fyrstur til að setja fram tölulegar stærðir á rafneikvæðni var ameríski efnafræðingurinn Linus Pauling en hann byggði þessar tölur á varmafræðilegum gögnum. Rafneikvæðni er einingarlaus stærð og hægt er að spá um stærðina út frá lotukerfinu. Almennt er rafneikvæðnin lægst í neðra horni lotukerfisins vinstra megin og fer hækkandi eftir því sem farið er hærra og til hægri í lotukerfinu. Það má m.a. nota lotukerfið til þess að spá hvort atómanna, sem mynda tengsl sín á milli, er rafneikvæðara.
Rafeindaþéttleikinn er ekki jafn þegar tvö atóm með mismunandi rafneikvæðni tengjast. Meirihluti rafeindaþéttleikans er á atóminu með hærri rafneikvæðni og sá hluti hefur neikvæða hluthleðslu. Á sama hátt er rafeindarþéttleikinn minni á atóminu með lægri rafneikvæðni og það atóm hefur jákvæða hluthleðslu. Ef rafeindardreifingin á sameindinni er ójöfn er hún tvípóll. Tengi sem liggur samsíða tvípólssvæði er skautað tengi. Slík tengi eru kölluð skautuð-samgild tengi þar sem rafeindirnar eru samnýttar að einhverju leyti. Því meiri sem rafneikvæðnismunurinn er, því skautaðra er tengið. Þegar rafneikvæðnismunurinn er enginn er tengið sagt vera samgilt. Þegar rafneikvæðnismunurinn er 1.8 eða hærri kallast tengið jónatengi.
(Guðjón Andri Gylfason, 2019, bls. 90 )
PUNKTAFORMÚLUR (LEWIS RITHÁTTUR)
Til þess að sýna þær rafeindir sem staðsettar eru yst á atómi þ.e.a.s. gildisrafeindir atóms er hægt að nota punktaformúlur. Punktaformúlur eru skrifaðar þannig upp að umhverfis frumefnatákn atómsins er fjöldi gildisrafeinda táknaður með punktum. Punktarnir raðast þannig að við byrjum á því að setja einn punkt á hverja hlið þar til við höfum fjórar og síðan getum við farið að para rafeindir.
Sem dæmi má nefna að O (súrefni) er með tvær stakar og tvö pör, samtals 6 rafeindir, og C (kolefni) er með fjórar stakar rafeindir. Dæmi um punktaformúlur. Hér eru punktaformúlur fyrir nitur sem hefur 5 gildisrafeindir, klór sem hefur 7 gildisrafeindir og ál sem hefur þrjár gildisrafeindir.
Ef kanna á samsetningu á stöðugri sameind getum við teiknað punktaformúlu sameindarinn og athugað hvort öll atóm sameindarinnar uppfylla átturegluna. Þ.e.a.s. hafa átta rafeindir umhverfis sig (reyndar þarf vetni bara að vera umkringt tveimur rafeindum). Punktaformúlan fyrir vatn (H2O) er t.d. svona:
Punktaformúlan fyrir sameindina 2-metýl bútan (C5H12) er svo rituð svona:
Annað sem þarf að nefna er að síðan geta tvö eða þrjú pör af rafeindum deilt sér á milli sameinda. Í þeim tilfellum er talað um tví- og þrítengi. Dæmi um slík efnasambönd eru t.d. súrefnis- og nitursameindir. Styrkur samgildra efnatengja eykst þegar fleiri en eitt rafeindarpar tilheyrir báðum atómum tengisins. Þó er það undantekning ef þau eru fleiri en þrjú. Mynd af því hvernig þessar sameindir eru ritaðar upp er svona:
DÆMI
Dæmi 1
Gefðu eftirfarandi sameindum nafn:
a. NF3 b. P4S10 c. PBr5
Lausn:
Setjum inn viðeigandi forskeyti og pössum að hafa rafjákvæðara atómið á undan í nafninu. Setjum svo líka forskeyti á rafneikvæðara atómið og bætum viðskeytinu -íð aftan við.
a. Út frá efnaformúlunni sjáum við að við erum með eitt nituratóm og þrjú flúoratóm.
Því nefnum við sameindina Nitur tríflúoríð.
b. Út frá efnaformúlunni sjáum við að við erum með fjögur fosfatatóm og tíu brennisteins atóm.
Því nefnum við sameindina Tetrafosfór dekasúlfíð.
c. Út frá efnaformúlunni sjáum við að við erum með eitt fosfóratóm og fimm brómatóm.
Því nefnum við sameindina Fosfór pentabrómíð.
Dæmi 2
Spáðu fyrir um gerð efnatengja á milli eftirfarandi atóma
a. C – Rb b. O – F c. Rb – F
Lausn:
Við byrjum á því að finna rafneikvæðnismuninn á milli atómanna tveggja. Svo berum við rafneikvæðnismuninn við töfluna hér að ofan og út frá henni getum við ákvarðað tengjagerðina.
a. C = 2.5 og Rb = 0.8 því fæst 2.5 – 0.8 = 1,7
Tengið sem hér um ræðir er skautað samgilt tengi.
b. O = 3.5 og F = 4.0 því fæst 4.0 – 3.5 = 0.5
Tengið sem hér um ræðir er einnig skautað samgilt tengi.
c. Rb = 0.8 og F = 4.0 því fæst 4.0 – 0.8 = 3.2
Tengið sem hér um ræðir er því jónatengi.