background image

Chemical Bonding I:

Basic Concepts

Chapter 9

Copyright

© The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.


background image

9.1

Valence electrons are the outer shell electrons of an 
atom.  The valence electrons are the electrons that
particpate in chemical bonding.

1A

1

ns

1

2A

2

ns

2

3A

3

ns

2

np

1

4A

4

ns

2

np

2

5A

5

ns

2

np

3

6A

6

ns

2

np

4

7A

7

ns

2

np

5

Group

# of valence e

-

e

-

configuration


background image

9.1

Lewis Dot Symbols for the Representative Elements &

Noble Gases


background image

9.2

Li + F

Li

+

F

-

The Ionic Bond

1s

2

2s

1

1s

2

2s

2

2p

5

1s

2

1s

2

2s

2

2p

6

Li

Li

+

+  e

-

e

-

+

F

F

-

F

-

Li

+

+

Li

+

F

-


background image

9.3

Lattice energy (E) increases 

as Q increases and/or 

as r decreases.

cmpd

lattice energy

MgF

2

MgO

LiF

LiCl

2957

3938

1036

853

Q= +2,-1

Q= +2,-2

r F

-

< r Cl

-

Electrostatic (Lattice) Energy

E = k

Q

+

Q

-

r

Q

+

is the charge on the cation

Q

-

is the charge on the anion

r is the distance between the ions

Lattice energy (E) is the energy required to completely separate 
one mole of a solid ionic compound into gaseous ions.


background image

9.3


background image

covalent bond is a chemical bond in which two or more 
electrons are shared by two atoms.

Why should two atoms share electrons?

F

F

+

7e

-

7e

-

F F

8e

-

8e

-

F F

F

F

Lewis structure of F

2

lone pairs

lone pairs

lone pairs

lone pairs

single covalent bond

single covalent bond

9.4


background image

8e

-

H

H

O

+

+

O

H

H

O

H

H

or

2e

-

2e

-

Lewis structure of water

Double bond

– two atoms share two pairs of electrons

single covalent bonds

O C O

or

O

C

O

8e

-

8e

-

8e

-

double bonds

double bonds

Triple bond

– two atoms share three pairs of electrons

N

N

8e

-

8e

-

N

N

triple bond

triple bond

or

9.4


background image

Lengths of Covalent Bonds

Bond Lengths

Triple bond < Double Bond < Single Bond

9.4


background image

9.4


background image

H

F

F

H

Polar covalent bond or polar bond is a covalent 
bond with greater electron density around one of the 
two atoms

electron rich

region

electron poor

region

e

-

rich

e

-

poor

d

+

d

-

9.5


background image

Electronegativity is the ability of an atom to attract 
toward itself the electrons in a chemical bond.

Electron Affinity -

measurable

, Cl is highest

Electronegativity -

relative

, F is highest

(g)

+ e

-

X

-

(g)

9.5


background image

9.5

The Electronegativities of Common Elements


background image

9.5

Variation of Electronegativity with Atomic Number


background image

Covalent

share e

-

Polar Covalent

partial transfer of e

-

Ionic

transfer e

-

Increasing difference in electronegativity

Classification of bonds by difference in electronegativity

Difference

Bond Type

0

Covalent

 2

Ionic

0 < and <2

Polar Covalent

9.5


background image

Classify the following bonds as ionic, polar covalent, 
or covalent:  The bond in CsCl; the bond in H

2

S; and

the NN bond in H

2

NNH

2

.

Cs 

– 0.7

Cl 

– 3.0

3.0 

– 0.7 = 2.3

Ionic

– 2.1

– 2.5

2.5 

– 2.1 = 0.4

Polar Covalent

– 3.0

– 3.0

3.0 

– 3.0 = 0

Covalent

9.5


background image

1. Draw skeletal structure of compound showing 

what atoms are bonded to each other.  Put least 
electronegative element in the center.

2. Count total number of valence e

-

.  Add 1 for 

each negative charge.  Subtract 1 for each 
positive charge.

3. Complete an octet for all atoms except

hydrogen

4. If structure contains too many electrons, form 

double and triple bonds on central atom as 
needed.

Writing Lewis Structures

9.6


background image

Write the Lewis structure of nitrogen trifluoride (NF

3

).

Step 1 

– N is less electronegative than F, put N in center

F

N

F

F

Step 2 

– Count valence electrons  N - 5 (2s

2

2p

3

) and F - 7 (2s

2

2p

5

5 + (3 x 7) = 

26 valence electrons

Step 3 

– Draw single bonds between N and F atoms and complete

octets on N and F atoms.

Step 4 - Check, are # of e

-

in structure equal to number of valence e

-

?

3 single bonds (3x2) + 10 lone pairs (10x2) = 

26 valence electrons

9.6


background image

Write the Lewis structure of the carbonate ion (CO

3

2-

).

Step 1 

– C is less electronegative than O, put C in center

O

C

O

O

Step 2 

– Count valence electrons  C - 4 (2s

2

2p

2

) and O - 6 (2s

2

2p

4

)

-2 charge 

– 2e

-

4 + (3 x 6) + 2 = 

24 valence electrons

Step 3 

– Draw single bonds between C and O atoms and complete

octet on C and O atoms.

Step 4 - Check, are # of e

-

in structure equal to number of valence e

-

?

3 single bonds (3x2) + 10 lone pairs (10x2) = 

26 valence electrons

9.6

Step 5 - Too many electrons, form double bond and re-check # of e

-

2 single bonds (2x2) =   4

1 double bond =   4

8 lone pairs (8x2) = 16

Total = 24


background image

9.7

Two possible skeletal structures of formaldehyde (CH

2

O)

H

C

O

H

H

C

O

H

An atom’s formal charge is the difference between the 
number of valence electrons in an isolated atom and the 
number of electrons assigned to that atom in a Lewis 
structure.

formal charge 
on an atom in 
a Lewis 
structure

=

1

2

total number 
of bonding 
electrons

(

)

total number 
of valence 
electrons in 
the free atom

-

total number 
of nonbonding 
electrons

-

The sum of the formal charges of the atoms in a molecule 
or ion must equal the charge on the molecule or ion.


background image

H

C

O

H

– 4 e

-

– 6 e

-

2H 

– 2x1 e

-

12  e

-

2 single bonds (2x2) =   4

1 double bond =   4

2 lone pairs (2x2) =   4

Total = 12

formal charge 

on C

= 4 -2 -

½ x 6 = -1

formal charge 

on O

= 6 -2 -

½ x 6 = +1

formal charge 
on an atom in 
a Lewis 
structure

=

1

2

total number 
of bonding 
electrons

(

)

total number 
of valence 
electrons in 
the free atom

-

total number 
of nonbonding 
electrons

-

-1

+1

9.7


background image

– 4 e

-

– 6 e

-

2H 

– 2x1 e

-

12  e

-

2 single bonds (2x2) =   4

1 double bond =   4

2 lone pairs (2x2) =   4

Total = 12

H

C

O

H

formal charge 

on C

= 4 - 0 -

½ x 8 = 0

formal charge 

on O

= 6 -4 -

½ x 4 = 0

formal charge 
on an atom in 
a Lewis 
structure

=

1

2

total number 
of bonding 
electrons

(

)

total number 
of valence 
electrons in 
the free atom

-

total number 
of nonbonding 
electrons

-

0

0

9.7


background image

Formal Charge and Lewis Structures

9.7

1. For neutral molecules, a Lewis structure in which there 

are no formal charges is preferable to one in which 
formal charges are present.

2. Lewis structures with large formal charges are less 

plausible than those with small formal charges.

3. Among Lewis structures having similar distributions of 

formal charges, the most plausible structure is the one in 
which negative formal charges are placed on the more 
electronegative atoms.

Which is the most likely Lewis structure for CH

2

O?

H

C

O

H

-1

+1

H

C

O

H

0

0


background image

resonance structure is one of two or more Lewis structures 
for a single molecule that cannot be represented accurately by 
only one Lewis structure.

O

O

O

+

-

O

O

O

+

-

O

C

O

O

-

-

O

C

O

O

-

-

O

C

O

O

-

-

9.8

What are the resonance structures of the 
carbonate (CO

3

2

-) ion?


background image

Exceptions to the Octet Rule

The Incomplete Octet

H

H

Be

Be 

– 2e

-

2H 

– 2x1e

-

4e

-

BeH

2

BF

3

– 3e

-

3F 

– 3x7e

-

24e

-

F

B

F

F

3 single bonds (3x2) =   6

9 lone pairs (9x2) = 18

Total = 24

9.9


background image

Exceptions to the Octet Rule

Odd-Electron Molecules

– 5e

-

– 6e

-

11e

-

NO

N

O

The Expanded Octet 

(central atom with principal quantum number n > 2)

SF

6

– 6e

-

6F 

– 42e

-

48e

-

S

F

F

F

F

F

F

6 single bonds (6x2) = 12

18 lone pairs (18x2) = 36

Total = 48

9.9


background image

The enthalpy change required to break a particular bond in 
one mole of gaseous molecules is the bond energy.

H

2 (g)

(g)

+ H 

(g)

DH

0

= 436.4 kJ

Cl

2 (g)

Cl 

(g)

+ Cl 

(g)

DH

0

= 242.7 kJ

HCl

(g)

(g)

+ Cl 

(g)

DH

0

= 431.9 kJ

O

2 (g)

(g)

+ O 

(g)

DH

0

= 498.7 kJ

O

O

N

2 (g)

(g)

+ N 

(g)

DH

0

= 941.4 kJ

N

N

Bond Energy

Bond Energies

Single bond < Double bond < Triple bond

9.10


background image

Average bond energy in polyatomic molecules

H

2

O

(g)

(g)

+ OH 

(g)

DH

0

= 502 kJ

OH

(g)

(g)

+ O 

(g)

DH

0

= 427 kJ

Average OH bond energy = 

502 + 427

2

= 464 kJ

9.10


background image

Bond Energies (BE) and Enthalpy changes in reactions

DH

0

= total energy input 

– total energy released

SBE(reactants) – SBE(products)

Imagine reaction proceeding by breaking all bonds in the 
reactants and then using the gaseous atoms to form all the 
bonds in the products.

9.10


background image

9.10

H

2

(g) + Cl

2

(g)          2HCl (g)

2H

2

(g) + O

2

(g)          2H

2

O (g)


background image

Use bond energies to calculate the enthalpy change for:

H

2 (g)

+ F

2 (g)            

2HF 

(g)

DH

0

SBE(reactants) – SBE(products)

Type of 

bonds broken

Number of 

bonds broken

Bond energy 

(kJ/mol)

Energy 

change (kJ)

H

H

1

436.4

436.4

F

F

1

156.9

156.9

Type of 

bonds formed

Number of 

bonds formed

Bond energy 

(kJ/mol)

Energy 

change (kJ)

H

F

2

568.2

1136.4

DH

0

= 436.4 + 156.9 

– 2 x 568.2 = -543.1 kJ

9.10




رفعت المحاضرة من قبل: abdalla Alhamdany
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 131 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل