chapter 8 notes -...

20
Chapter 8 Notes 1 Chapter 8 Molecular Compounds & Covalent Bonding Why do covalent bonds form? If only group 5A, 6A, 7A atoms existed, ionic bonds can’t form. Each atom needs electrons so they are not willing to lose any. If two Hydrogen atoms are locked in a room together, what happens? NONMETALS H H Both H atoms have 1 unpaired electron H H HH The electrons pair up. Covalent Bond formed. 8.1 Molecular Compounds Molecule : “neutral” group of atoms joined together by covalent bonds. (Sharing electrons) Consists of two or more nonmetals!!! Diatomic Molecule : a molecule consisting of two identical atoms Does it contain ionic or covalent bonds? Formula Ionic or Covalent Explanation CaCl 2 CO 2 CaSO 4 H 2 O 2 Mg 3 (PO 4 ) 2 NaBr Properties of Molecular Compounds Why, No metals? Lower melting and boiling points than ionic compounds. Most are gases or liquids at room temperature. Atoms are attached by more than just electrical attraction.

Upload: others

Post on 19-Oct-2020

8 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • Chapter 8 Notes

    1

    Chapter 8Molecular Compounds

    &Covalent Bonding

    Why do covalent bonds form?• If only group 5A, 6A, 7A atoms existed, ionic bonds can’t form.• Each atom needs electrons so they are not willing to lose any.• If two Hydrogen atoms are locked in a room together, what happens?

    NONMETALS

    H HBoth H atoms have 1 unpaired electron

    H H H HThe electrons pair up. Covalent Bond formed.

    8.1  Molecular Compounds• Molecule: “neutral” group of atoms joined  

    together by covalent bonds. (Sharing electrons)

    • Consists of two or more nonmetals!!!

    • Diatomic Molecule: a molecule consisting of two  identical atoms

    Does it contain ionic or covalent bonds?Formula Ionic or Covalent ExplanationCaCl2CO2

    CaSO4H2O2

    Mg3(PO4)2NaBr

    Properties of Molecular Compounds

    Why, No metals?

    • Lower melting and boiling points  than ionic compounds.

    • Most are gases or liquids at room temperature.

    • Atoms are attached by more than just electrical attraction.

  • Chapter 8 Notes

    2

    • Molecular compounds are made of molecules, not IONS!

    • Ionic compounds are expressed as formula units, not molecules.

    • A molecular formula is the chemical formula of a molecular compound.

    • The chemical formulas of covalent compounds are correctly described as molecular formulas

    • Chemical formula for molecular compounds.

    • Shows how many atoms of each element a molecule contains.

    • Subscripts are not always lowest whole number ratios. > (No simplification)

    • Does not give the structure of the molecule.

    Molecular Formulas

    Ionic vs. CovalentFormula Unit Molecule

    Transfer electrons Share electrons

    Metal  Nonmetal NonmetalNonmetal

    Solid Crystals Solid, liquid, gas

    Good electrical conductor Poor electrical conductor

    High melting point Low melting point

    8.2  The Nature of Covalent Bonding

    • A single covalent bond is   formed when a pair of electrons is shared between two atoms.

    Element Electron Distribution (Show Boxes)Dot

    StructureElectrons needed

    Unpaired Eelctrons

    Oxygen      1s2      2s2 2p4 

    Nitrogen      1s2      2s2 2p3 

    Carbon     1s2       2s2 2p2 

    Carbon    1s2       2s1 2p3 

    • Electron configurations are slightly different when atoms form covalent bonds.  

    • Remember, a covalent bond is formed by the unpaired electrons in two atoms.

    • For example, Carbon needs to form 4 bonds with Hydrogen.  So it must have 4 halffilled orbitals instead of the neutral electron configuration.  

    • 1s22s12p3, not 1s22s2 2p2

  • Chapter 8 Notes

    3

    Gilbert Lewis Stated...

    • Sharing of electrons occurs if the atoms involved acquire the electron configurations of noble gases.

    • Become stable by sharing.

    Single Covalent Bond• One shared pair of electrons.• Each atom donates 1 electron to the bond.• Represented by 1 dash.

         H H F    F

    Shared Pair

    F    FBonding Rules

    Carbon: 4 unpaired electronsneeds 4 electrons to be stablemust form 4 covalent bonds

    Oxygen: 2 unpaired electronsneeds 2 electrons to be stablemust form 2 covalent bonds

    Bonding RulesNitrogen: 3 unpaired electrons needs 3 electrons to be stable must form 3 covalent bonds

    Fluorine: 1 unpaired electronneeds 1 electron to be stablemust form 1 covalent bond

    Bonding RulesHydrogen: 1 unpaired electronneeds 1 electron to be stablemust form 1 covalent bond

    Chlorine: 1 unpaired electronsneeds 1 electron to be stablemust form 1 covalent bonds

  • Chapter 8 Notes

    4

    Structural formulas show the arrangement of atoms in molecules and polyatomic ions.  

    Dashes are used• 1 dash: 2 shared electrons• 2 dashes: 4 shared electrons• 3 dashes: 6 shared electrons

    Chlorine bonding to ChlorineDot Formula Structural Formula

    Dot Formula Structural Formula

    Cl ClClClHow many electrons are donated by each chlorine? _____

    How many unshared pairs are in the molecule?  _____

    How many electrons are being shared?  _____

    How many shared pairs are in the molecule? _____

    • The pairs of valence electrons that are not shared between atoms are called unshared pairs  of electrons, or unshared pairs.  

    • They are also called lone pairs or nonbonding pairs.

     Double and Triple Covalent Bonds

    • Double covalent bonds involve two shared pairs of electrons. 

    • Represented by 2 dashes• Triple covalent bonds involve three shared pairs 

    of electrons.• Represented by 3 dashes

  • Chapter 8 Notes

    5

    Oxygen bonding to OxygenDot Formula Structural Formula

    Dot Formula Structural Formula

    O OOOHow many electrons are donated by each oxygen? _____

    How many unshared pairs are in the molecule?  _____

    How many electrons are being shared?  _____

    How many shared pairs are in the molecule? _____

    H2ODot Formula Structural Formula

    Dot Formula Structural Formula

    HHO

    HHO

    HHO

    How many electrons are donated by each hydrogen?  _____

    How many electrons are donated by the oxygen?  _____

    How many unshared pairs are in the molecule?  _____

    How many electrons are being shared?  _____

    How many shared pairs are in the molecule? _____

    CH4Dot Formula Structural Formula HH C

    H

    HHH C

    H

    H

    HH CH

    HHow many electrons are donated by each hydrogen?  _____

    How many electrons are donated by the carbon? _____

    How many unshared pairs are in the molecule?  _____

    How many electrons are being shared?  _____

    How many shared pairs are in the molecule? _____

  • Chapter 8 Notes

    6

    HH CH

    H

    HHO

    HHO

    HH CH

    H

    Dot Formula Structural Dot Formula Fluidity of Shared Electrons

    CO2Dot Formula Structural Formula

    Dot Formula Structural Formula

    OO COO CHow many electrons are donated by each oxygen? _____

    How many electrons are donated by the carbon? _____

    How many unshared pairs are in the molecule?  _____

    How many electrons are being shared?  _____How many shared pairs are in the molecule? _____

    C2H4Dot Formula Structural Formula Two chemists go into a restaurant. The first one says "I think I'll have an H2O." 

    The second one says "I think I'll have an H2O too"  and he died. 

  • Chapter 8 Notes

    7

     Why don’t metals usually form covalent bonds?

    • Mg has 2 valence electrons. 

     How many covalent bonds must it form to be stable?  

     How many electrons does it have to  donate?

    • How about Aluminum?

    Why don't metals form covalent bonds?

    Mg KHow many more electrons does each atom need to be stable?______

    How many covalent bonds can each atom form?______

    • Bonding of diatomic molecules• Diatomic molecules are more stable together than apart.

    • F, I, N, H, Br, Cl, O• Examples page 222• Electron Dot Structures

    Bonding of Diatomic Molecules

      Coordinate Covalent BondsEmergency Bonds

    • Carbon monoxide example• Electrons are “fluid”• Once formed, they act as normal covalent 

    bonds.• Polyatomic ion formation.

    (mobile)

    Fluidity of Shared Electrons

  • Chapter 8 Notes

    8

    Coordinate Covalent Bonds CO

    C O

    C O

    C O

    C O

    Bond 1 carbon with 1 oxygen

    C=OC=OC=O

    Carbon is unstable. Only 6 surrounding electrons.

    Oxygen is stable! 8 valence electrons & 2 unshared pairs.

    Carbon needs 2 more electrons, but Oxygen is stable.

    Oxygen lets carbon use 1 of it’s unshared pairs.

    Oxygen is still stable. It donated both electrons being shared in the Coordinate Bond.

    Carbon is sharing 2 more electrons, but didn’t have to donate any of them.

    Coordinate Covalent Bonds SO 2

    SO O SO O

    SO O SO OSO O

    • A coordinate covalent bond is formed when one atom contributes both bonding electrons in a covalent bond.

    • Arrows are used to indicate a coordinate covalent bond

    • Ex.) CO, NH4+, H3O+, SO3, SO42

    NH4 +

    N HHH N HH

    H

    H+

    N HHH

    H+

    The unshared pair is now a bond, not an unshared pair.

    H3O +

    HHO

    HHO

    H+

    HHO

    H+

  • Chapter 8 Notes

    9

    Negative Polyatomic Ions

    O H

    NO

    O O O H

      Resonance• Resonance structures occur when two 

    or more valid electron dot formulas can be written for a molecule.

    • Ex. O3, CO32• Same formula, different Structures

      Exceptions to the Octet Rule• Sometimes it is impossible to write electron dot structures that fulfill the octet rule.  Occurs whenever the total number of valence electrons in the species is an odd number or less than eight.• Only certain metals: Be, Al, B

  • Chapter 8 Notes

    10

      Exceptions to the Octet Rule• Some metals do form covalent bonds, but result in a shortage of valence electrons.

    • Why is BF3 attracted to NH3?

    Exceptions to the octet

    B FF

    F

    N HHH

    B F

    N HHH

    F

    F

    P SCO NH4+

  • Chapter 8 Notes

    11

    Chapter 8  Part 2Molecular Shapes &

    Intermolecular Forces

    8.3  VSEPR TheoryVSEPR theory states that because electron pairs repel, molecules adjust their shapes so that the valence electron pairs are as far apart as possible.

    VSEPR Theory (cont.)• Valence Shell Electron Pair Repulsion.• Bond angles are created by this 

    repulsion of electrons

    More about shapes…• Molecules are 3 dimensional.

    • Molecular shape is effected by unshared pairs of electrons.

    • Each shape has a specific bond angle.

    Bond Angles• Tetrahedral = 109.5°• Linear = 180°• Bent = 105°• Pyrimad = 107°• Trigonal Planar = 120°

    Molecular ShapesBent Pyramidal Tetrahedral

    HHO N HH

    HHH C

    H

    H

  • Chapter 8 Notes

    12

    Common Molecular ShapesLinear Triatomic: HCN, CO2All binary compounds2 Bonds & 0 unshared pairsNo unshared pairs to bend molecule

    Trigonal Planar: BH3, COH23 bonds & 0 unshared pair

    Bent triatomic: H2O2 bonds & 2 unshared pairUnshared pairs bend the molecule2 unshared pair is bent most

    Trigonal Pyramidal: NH33 bonds & 1 unshared pair

    Tetrahedral: CH44 bonds & 0 unshared pair

    105

  • Chapter 8 Notes

    13

    PH3 CF4 H2S AlH3

    Ionic Compounds form solid crystals. Why?

    Molecular Compounds form gases, liquids, & solids. Why?

    Ionic vs. Molecular Compounds

    H F

    H F

    H F

    How many electrons are shared?

    Which atom has a greater electronegativity?

    Which atom has become more negative?

  • Chapter 8 Notes

    14

    Polar or NonPolar

    ClH ClCl

    8.4  Polar Bonds and Molecules• When the atoms in a bond are the same, the bonding electrons are shared equally and the bond is a nonpolar covalent bond

    • Ex. diatomics

    • When two different atoms are joined by a covalent bond and the bonding electrons are shared unequally, the bond is a polar covalent bond, or simply a polar bond.

    • The atom with stronger electronegativity in a polar bond acquires a slightly negative charge.  The less electronegative atom acquires a slightly positive charge.

    • Ex. HCl, H2O

    Electronegativity• Ability of atoms to attract electrons.• Determines the reactivity and   strength of polar covalent bonds.• HCl: Moderately polar covalent• HF: Very polar covalent (Reactive)• See page 177.

    Electronegativity of Atoms

    F =   4.0 Br = 2.8O =  3.5 I =    2.5N =  3.0 C =  2.5Cl = 3.0 S =   2.5Hydrogen = 2.1

  • Chapter 8 Notes

    15

    Which bond is the most polar?

    ClH FH IH

    • A molecule that has two poles is called a dipolar molecule, or dipole.

    • Not every molecule with polar bonds is itself polar.

      Polar Molecules• In a polar molecule one end of the molecule is slightly negative and the other is slightly positive.• Dipolar molecules• Ex.) HCl,H2O, HF

    Is a water molecule polar? ____

    HHO

    Is a CH4 molecule polar? _____

    HH CH

    H

    Is a CO2 molecule polar? _____

    OO C

  • Chapter 8 Notes

    16

    NonPolar Molecules• When a molecule has no difference in charge between opposite ends or sides of the molecule.• Not very reactive!• H2, F2, CO2, Cl2, CCl4

    • Water is only polar due to it’s shape

    Attractions Between Molecules• In addition to covalent bonds in molecules, there 

    are attractions between molecules, or intermolecular attractions

    • Covalently bonded atoms attracted to each other.

    Gases

    No attraction

    Nonpolar Molecules

    Liquids

    Dipole Attraction

    Polar Molecules

    Solids

    Ionic Attraction

    Ions Form Crystals 

    Nonpolar molecules are usually gases!

    O O

    H H O O

    O O

    OO

    O OOO

    C

    OO

    C

    O

    OC

    OO C

    O

    OC H

    HHH

    H H

    HH

    Intermolecular Attractions• Hold molecules together.• Weaker than either an ionic or covalent bond.•   They are responsible for whether a 

    molecular compound is a gas, liquid, or solid.• Intermolecular attractions

    (Between) Van der Waals forces• The weakest attractions between molecules. Not Bonds!!!!!!• Three types are Dispersion forces, Dipole interations, and Hydrogen bonds• Hydrogen > Dipole > Dispersion

    Attractions between polarized molecules

  • Chapter 8 Notes

    17

    Dispersion Forces• The weakest of all intermolecular interactions.• Thought to be caused by the motion of electrons.• Strength of dispersion forces increases as the number of electrons in a molecule increases• Electrons are not lost or gained

    Due to movement, the electrons move to one side and create a separation of charge.

    Dispersion forces

    Dipole Interactions• Occur when polar molecules are attracted to one another• Electrostatic attractions occur between theoppositely charged 

    regions of dipolar molecules.• Similar to ionic bonding, but much weaker attraction.

    A covalent bond with a dipole.

    A cation attracted to a dipole.

    A dipole attracted to a dipole

    Most dipoles involve hydrogen.

    Hydrogen Bonds• Strongest of all intermolecular attractions.    

    (Must involve hydrogen!)• Dipole interactions with hydrogen.• An atom or molecule is attracted to a Hydrogen atom that is already bonded to an atom with high electronegativity.

    Hydrogen Bonds (cont.)• The covalently bonded hydrogen becomes slightly positive.• Unshared electron pairs and atoms with high electronegativity become attracted to the slightly(+)  Hydrogen.

  • Chapter 8 Notes

    18

    Hydrogen Bonds (cont.) Hydrogen Bonding in Water

    Attraction Hydrogen Bonding is the attraction between polar molecules with hydrogen.

    Why is there so much water?Water molecules are polar.

    • The oxygen atom becomes slightly negative and each hydrogen becomes slightly positive.

    • This causes an intermolecular attraction between water molecules.

    • The attraction water molecules have for one another is called Hydrogen bonding.

     Properties of Molecular Substances

    • The physical properties of a compound depend on the type of bonding it displays.

    • Ionic or Covalent

    • Network Solid: All of the atoms are covalently bonded to each other. (Crystals)

    • No intermolecular attractions.• Most stable type of molecule.• Very high melting point.• Ex.) Diamonds

  • Chapter 8 Notes

    19

    Organic CompoundsAll Carbon containing compounds

    Except  carbon oxides, carbides, and carbonates which are inorganic.

    HydrocarbonsSimple organic compounds

    Contain carbon and hydrogen

    Carbon forms 4 bonds and hydrogen 1 bond

    AlkanesHydrocarbons that have only single bonds between atoms.

    Carbons are saturated with Hydrogen atoms

    Alkenes• Unsaturated Hydrocarbons that have one or more double bonds between carbon atoms.

    • Carbons are unsaturated with Hydrogen atoms

  • Chapter 8 Notes

    20

    Alkynes• Unsaturated Hydrocarbons that have one or more triple bonds between carbon atoms.

    • Carbons are unsaturated with Hydrogen atoms

    IsomersTwo or more compounds that have the same molecular formula but different molecular structure.

    Structural IsomersTwo or more compounds that have the same molecular formula but are bonded in a completely different order, therefore changing its properties.

    C3H8O

    End of Part 2  Intermolecular Forces

    Page 1Page 2Page 3Page 4Page 5Page 6Page 7Page 8Page 9Page 10Page 11Page 12Page 13Page 14Page 15Page 16Page 17Page 18Page 19Page 20