Kovalenttisen sidoksen muodostumisen edellytyksenä on, että kummallakin atomilla on vähintään yksi pariton elektroni orbitaaleissaan. Hiiliatomilla on uloimmalla kuorella neljä elektronia. Se ei helposti luovuta eikä vastaanota elektroneja vaan pyrkii jakamaan niitä muiden alkuaineiden kanssa, jolloin muodostuu kovalenttisia sidoksia. Hiiliatomi pyrkii saamaan elektronirakenteensa jalokaasurakenteiseksi (kahdeksan elektronia ulkokuorelle) ja näin muodostuneet yhdisteet ovat molekyylejä.
Kovalenttinen sidos = kahden atomin sidos jossa sidoselektronit ovat jakautuneet kahden atomin kesken.
Molekyyli = kovalenttisesti sitoutuneiden atomien ryhmä.
Molekyylien elektronikaavioita voidaan kuvata Lewisin rakenteilla, jossa valenssielektronit merkitään pisteillä. Valenssielektronit määräävät kuinka monta sidosta atomi voi muodostaa (Molekyyleissä alkuaineilla on pyrkimys muodostaa oktetti eli kahdeksan valenssielektronin systeemi).
Esim. Hiili, C (2s22p2), muodostaa neljä sidosta,
Typpi, N (2s22p3 ), muodostaa kolme sidosta ja
Happi, O (2s22p4), muodostaa kaksi sidosta
Niitä valenssielektroneja, jotka eivät muodosta sidosta, sanotaan vapaiksi elektronipareiksi (lone-pair-elektronit). Esim. ammoniakin typpiatomilla on yksi vapaa elektronipari. Vesimolekyylissä hapella on vastaavasti kaksi vapaata elektroniparia.
Orgaanisilla yhdisteillä voi olla myös kaksois- ja kolmoissidoksia (esim hiilidioksidissa ja eteenissä 4 elektronin muodostama kaksoissidos ja vetysyanidissa ja asetyleenissa 6 elektronin muodostama kolmoissidos).
Yksinkertaisempi tapa kuvata molekyylin rakennetta on Kekulén rakennekaava, jossa viiva kuvaa sitovaa elektroniparia. Vapaita elektronipareja ei yleensä merkitä.
Rakenteita piirrettäessä on huomioitava oktettisääntö ts. kaikki kovalenttiset sidokset muodostuvat jaetusta elektroniparista, niin että atomit saavat ulkokuorelleen oktetin (paitsi vety, joka saa kaksi elektronia). Jaksollisessa järjestelmässä oikealla olevat alkuaineet (N, O, halogeenit) voivat sisältää elektronipareja, joilla ne eivät muodosta sidoksia. Huomioi myös molekyylin varaus, jolloin varausta vastaavat elektronit on lisättävä tai vähennettävä.
Atomin varaus molekyylissä (muodollinen varaus) voidaan laskea seuraavasti:
Molekyylillä voi olla muodollisesti varautuneita atomeja vaikka molekyyli itse on neutraali. Esimerkiksi typpihapon rakenne voidaan kirjoittaa seuraavasti:
Tehtävä. Täydennä nuolella osoitettujen atomien vapaat elektroniparit ja muodolliset varaukset
|
1. Johdanto: orgaanisten
yhdisteiden rakenne ja sidokset; hapot ja emäkset |