OCN-Lewis-structuur: tekeningen, hybridisatie, vorm, kosten, paar en gedetailleerde feiten

Cyanaation heeft de chemische formule OCN-. Het is ook bekend als isocyanaten. Het is een ambidentaat ligand dat complexen vormt.

Cyanaat is een kleurloze vloeibare substantie met een kleine geur. Als het met water wordt behandeld, ontstaan ​​er giftige dampen en als het op hoge temperatuur wordt verwarmd tot de ontleding, kunnen er cyanide- en stikstofoxidedampen ontstaan ​​die giftig zijn voor de gezondheid. In dit hoofdartikel leren we over OCN- lewis structuur en zijn gedetailleerde feiten.

Hoe de Lewis-structuur voor OCN- te tekenen?

Enkele punten om te onthouden terwijl het tekenen van een Lewis-structuur

  1. Totale valentie-elektronenberekening van de structuur
  2. Element heeft de laagste elektronegativiteit nodig om de centrale positie in te nemen
  3. Alle elementen verbinden met bonding

Chemische formule voor cyanaat ion is OCN-.

Molecuulgewicht van OCN- is 42.017 g mol-1.

Moleculaire geometrie van OCN- is lineair van vorm.

OCN- heeft sp-hybridisatie.

OCN- is polair van aard.

Het isomeer van minder stabiel fulminaatanaion is het cyanaat. Het heeft ook verschillende zoutvormen zoals ammoniumcyanaat. Cyaan is een anion dat uit drie verschillende elementen bestaat, namelijk zuurstof, koolstof en stikstof. De meeste cyanaatverbindingen zijn giftig bij inademing, ontvlambaar en kunnen ook irritatie aan ogen, huid en slijmvliezen veroorzaken.

Het is een overbruggend en ambidentaat ligand (ambidentaat betekent dat het kan coördineren met een van de twee verschillende elementen).

In de OCN-lewis-structuur is er een enkele covalente binding tussen koolstof- en zuurstofatoom en een drievoudige binding binnen zuurstof- en stikstofatomen. Het stikstofatoom in OCN- lewisstructuur draagt ​​een negatieve lading op.

OCN- valentie-elektronen

  • OCN-Structuur totale valentie-elektronenberekening

Laten we de totale valentie-elektronen op OCN-ion berekenen. zoals wij weet dat het OCN-ion drie elementen zuurstof, koolstof en stikstof omvat, moeten we de positie van de groep van deze drie elementen in het periodiek systeem controleren. Het zuurstofatoom behoort tot 16th groep, koolstofatoom behoort tot 14th groep en het stikstofatoom behoort tot 15th groep van het periodiek systeem.

Daarom bevat het O-atoom 6 valentie-elektronen, het C-atoom 4 valentie-elektronen en het N-atoom bevat 5 valentie-elektronen in hun valentieschil. Aangezien OCN-ion één O-atoom, één C-atoom en één N-atoom heeft, laten we eerst de totale valentie-elektronen voor OCN-ion berekenen.

Zuurstofatoom valentie-elektronen = 6 x 1 (O) = 6

Koolstofatoom valentie-elektronen = 4 x 1 (C) = 4

Stikstofatoom valentie-elektronen = 5 x 1 (N) = 5

Voeg nu een extra elektron toe voor negatieve (-) lading die aanwezig is op OCN-ion

Dus, OCN-ion totale valentie-elektronen = 6 (O) + 4 (C) + 5 (N) + 1 (-) = 16

Daarom zijn totale valentie-elektronen op OCN- lewis structuur is zestien.

Laten we de totale elektronenparen op de OCN-lewis-structuur vinden door de totale valentie-elektronen door twee te delen.

OCN- totale elektronenparen = OCN- totale valentie-elektronen / 2 = 16/2 = 8

Daarom zijn er in totaal acht elektronenparen op de OCN-lewis-structuur.

  • Element heeft de laagste elektronegativiteit nodig om de centrale positie in te nemen

Het atoom met de minste elektronegativiteit zal de centrale positie innemen van de OCN- lewis structuur. O-atoom heeft elektronegativiteit 3.44, C-atoom heeft elektronegativiteit 2.55 en stikstofatoom heeft elektronegativiteit 3.04. Dus het koolstofatoom is het minst elektronegatief van alle drie de elementen. Dan zal het koolstofatoom de centrale positie innemen van de OCN- lewis structuur.

OCN 1
OCN- ion met centrale positie van koolstofatoom
  • Alle elementen verbinden met bonding

Verbind nu alle drie de elementen O, C en N met elkaar door ze te verbinden met een enkele covalente binding ertussen. Er is de betrokkenheid van twee valentie-elektronen in elke enkele covalente binding.

ocn-lewis-structuur
OKN lewis structuur toont binding tussen alle elementen

OCN-lewis structuur octet regel

We hebben in totaal 16 valentie-elektronen in OCN- lewis structuur, waarvan vier elektronen die betrokken zijn bij de binding tussen OC en CN, dwz twee bindingsparen. Nu blijven er nog 12 valentie-elektronen over voor distributie op OCN- lewis structuur om het octet van alle drie de elementen in het ion te voltooien.

Om het octet te voltooien, moeten we de acht elektronen in de valentieschil van de atomen plaatsen. Nu moeten we het octet van de buitenste elementen, dwz het zuurstof- en stikstofatoom, voltooien.

OCN 3
OCN-lewis-structuur met octetregel

De bovenstaande structuur laat zien dat de resterende elektronen worden gedeeld op O en N, er zijn zes elektronen op zuurstof en zes elektronen op een stikstofatoom worden verdeeld. We kunnen dus zien dat de O- en N-atomen een volledig octet hebben, dat wil zeggen twee bindingsparen en drie eenzame paren. Evenzo heeft het N-atoom ook teo-bindingselektronen en drie eenzame elektronen.

Het O- en N-atoom heeft dus een volledig octet met acht elektronen, maar het C-atoom heeft slechts vier elektronen, dat wil zeggen bindingspaarelektronen.

Dus het koolstofatoom is niet tevreden zoals het octet dat niet is compleet en de structuur instabiel is. Dan moeten we de elektronen van stikstof- en zuurstofatomen verplaatsen om het octet van het centrale koolstofatoom te voltooien en ook om dubbele of driedubbele bindingen te vormen om een ​​stabiele OCN-lewis-structuur te krijgen die we verder zien in de uitleg van de resonantiestructuur.

OCN-lewis structureert formele kosten

De atomen in elk lewis structuur het hebben van een kleine formele lading geeft een stabielere structuur. Er is een formule om formele ladingen op atomen in een Lewis-structuur als volgt te tellen.

Formele lading = (valentie-elektronen - niet-bindende elektronen - ½ bindende elektronen)

Laten we de formele kosten op de OCN-lewis-structuur tellen. Dus eerst tellen we de formele lading voor het zuurstofatoom.

Zuurstofatoom: valentie-elektronen van zuurstof = 06

                       Niet-bindende elektronen van zuurstof = 06

                       Bindingselektronen van zuurstof = 02

Formele lading op zuurstof = (6 – 6 – 2/2) = -1

Koolstofatoom: Carbon's Valence-elektronen = 04

                       Niet-bindende elektronen van koolstof = 00

                       Bindingselektronen van koolstof = 04

Formele lading op koolstof = (4 – 0 – 4/2) = +2

Stikstofatoom: Stikstof Valence-elektron = 05

                        Niet-bindend elektron van stikstof = 06

                        Stikstofbindingselektronen = 02

Formele lading op stikstof = (05 – 06 – 2/2) = -2

Daarom heeft het zuurstofatoom -1 formele lading, koolstofatoom heeft +2 formele lading en stikstofatoom heeft -2 formele lading in OCN-lewis-structuur.

OCN 4
OKN lewis structuur met formele ladingen op O, C en N

OCN-lewis structuur eenzame paren

in OCN- lewis structuur, na de voltooiing van beide buitenste elementen, dwz O en N, zijn er in totaal twaalf niet-bindende elektronen op beide atomen. Het betekent in totaal zes eenzame elektronen paren zijn aanwezig op OCN-lewis-structuur in onstabiele vorm.

Het zuurstofatoom heeft dus drie eenzame elektronenparen, het koolstofatoom heeft nul eenzame elektronenparen en het stikstofatoom heeft drie eenzame elektronenparen op OCN- lewis structuur.

OCN-lewis structuurresonantie

OKN lewis structuur toont drie niet-equivalente resonantiestructuren met vorming van meerdere (dubbele/drievoudige) bindingen door overdracht van elektronen binnen het ion.

In de OCN-resonantiestructuur zijn de ladingsverdelingen en bindingen verschillend en verschillen de energieniveaus van elkaar. Sommige resonantiestructuren vertonen meer stabiliteit dan andere resonantiestructuren. Volgens de regels van de resonantiestructuur, als de structuur minder energie heeft, is deze stabieler van aard.

We hebben in het onderwerp formele ladingen al gezien dat de OCN-lewis-structuur in feite bestaat uit drie ladingen -1 op O, +2 op C en -2 op N. Nu moeten we de eenzame elektronenparen van het N-atoom omzetten in plaats van het O-atoom , omdat O meer elektronegatief is dan het N-atoom. Stikstof die minder elektronegatief is, kan meer valentie-elektronen opleveren om te delen.

OCN-lewis-structuur
OCN-lewis-structuur met resonantiestructuur

Om de stabielere resonantiestructuur te krijgen, moet de negatieve lading zich op het element met meer elektronegativiteit bevinden. Dus in de bovenstaande structuur heeft zuurstof een negatieve lading op één resonantiestructuur, die stabieler is omdat zuurstof meer elektronegatief is dan C en N.

We moeten het eenzame elektron van de stikstofatomen omzetten in een bindingspaar om een ​​CN-binding binnen het C- en N-atoom te maken. Omdat er meer ladingen op atomen zijn, moeten we meer eenzame elektronenparen van N-atoom omzetten in bindingspaar om een ​​drievoudige binding tussen C en N te krijgen, waardoor een negatieve lading op het O-atoom ontstaat om een ​​stabielere structuur te geven.

Nu kunnen we in de bovenstaande stabielere structuur zien dat het koolstofatoom nu acht elektronen heeft in vier bindingsparen, dat wil zeggen dat het koolstofatoom tevreden is met een volledig octet. Ook is de negatieve lading op het O-atoom, omdat het meer elektronegatief is en goed toont lewis structuur.

Dus uiteindelijk concluderen we dat de OCN-lewis-structuur drie resonanties vertoont na minimalisering van de ladingen erop. Een resonantiestructuur toont enkele binding tussen OC en drievoudige binding tussen CN, tweede resonantiestructuur toont drievoudige binding tussen OC en enkele binding tussen CN en de derde resonantiestructuur toont dubbele bindingen tussen OC en CN.

OCN-lewis structuurvorm:

Zoals we al zagen in bovenstaande resonantie structuur uitleg, dat het O-atoom -1 negatieve lading draagt ​​omdat het meer elektronegatief is. Ook O en C hebben een enkele covalente binding en het C- en N-atoom heeft een drievoudige binding die een stabiele vorm van structuur vertoont. Er zijn dus nul eenzame elektronenparen op het centrale koolstofatoom. De generieke formule van de VSEPR-theorie voor OCN-ion is AX2.

Volgens de bovenstaande structuur en de valentie-elektronen ziet de opstelling van de OCN-atomen er vlak uit; ook zijn er geen alleenstaande elektronenparen aanwezig en ook de geometrie klopt niet gebogen vorm. Volgens de VSEPR-theorie is de OCN-Lewis-structuur lineair van vorm.

OCN-hybridisatie

Hybridisatie van elk molecuul kan worden bepaald door de elektronendichtheid die op het atoom aanwezig is. In de bovenstaande OCN-lewis-structuur die we hebben besproken, creëert het centrale koolstofatoom bindingen binnen het zuurstof- en stikstofatoom, laten we het nu hebben over de hybridisatie ervan.

Er is een drievoudige binding tussen koolstof en stikstof die een elektronendichtheid vertoont, ook koolstof heeft een enkele covalente binding met een zuurstofatoom die een tweede elektronendichtheid vertoont. Omdat er twee elektronendichtheden zijn voor het koolstofatoom in de OCN-lewis-structuur, kunnen de twee hybride orbitalen worden gevormd door een koolstofatoom om bindingen te vormen met zuurstof- en stikstofatomen.

Daarom kan het koolstofatoom één 's' hybride orbitaal en één 'p' hybride orbitaal vormen tijdens de vorming van enkele bona en drievoudige binding met zuurstof- en stikstofatoom. Het centrale koolstofatoom heeft dus 'sp' hybridisatie in OCN-lewis-structuur.

OCN- polair of niet-polair

Enkele punten die moeten worden opgemerkt, terwijl elk molecuul als volgt polair of niet-polair van aard is.

  • Als twee atomen meer elektronegativiteitsverschil hebben, is het molecuul polair van aard.
  • Symmetrie of asymmetrische moleculaire vorm, indien symmetrisch dan niet-polair en indien asymmetrisch, dan is het een polair molecuul.
  • Dipoolmoment ontstaat door meer elektronegatieve centrale atomen.

Laten we de polaire of niet-polaire aard van de OCN-lewis-structuur bespreken. Elektronegativiteit van C-atoom is 2.55, elektronegativiteit van O-atoom is 3.44 en elektronegativiteit van N-atoom is 3.04. De verschillen in elektronegativiteiten van alle drie de elementen zijn duidelijk te zien.

In het geval van OCN-lewis-structuur, creëren koolstof en zuurstof (CO) en koolstof en stikstof (CN) binding een dipool erop vanwege hun elektronegativiteitsverschillen. In principe weten we dat het molecuul polair is wanneer het een of meer eenzame elektronenparen op het centrale element heeft en verschillende buitenste elementen heeft.

Het centrale koolstofatoom van OCN-ion heeft dus geen eenzame elektronenparen en ook OCN-ion heeft een asymmetrische geometrie. OCN-ion is dus polair van aard.

OCN-lewis structuur bindingshoek:

OCN-lewis-structuur heeft drie elementen die in een enkel horizontaal vlak zijn gerangschikt en een asymmetrische verdeling van elektronen hebben die de lineaire vorm van OCN-ion vertoont.

Dus de OCN-lewis-structuur heeft een bindingshoek van 180 graden.

OCN-lewis structuur elektronengeometrie

We hebben al gesproken over de leis-structuur, formele ladingen, valentie-elektronen en resonantiestructuur van OCN-ion. Waaruit we kunnen zien dat er 16 totale valentie-elektronen aanwezig zijn op OCN-ion.

OCN 7
OCN- ion met elektronengeometrie

Van deze 16 valentie-elektronen kunnen we twee dubbele bindingen creëren tussen OC en CN of we kunnen één drievoudige binding creëren tussen OC of CN. Maar de stabiele vorm van OCN-resonantiestructuur vertoont een enkele binding tussen O- en C-atoom en een drievoudige binding tussen C- en N-atoom met negatieve lading op O-atoom. Er zijn ook drie eenzame paren op het O-atoom en twee eenzame paren op het N-atoom, waardoor dit ion wordt genoemd als ambidentaat ligand.

OCN-ion toont dus tetraëdrische elektronenpaargeometrie.

OCN-gebruik

Aangezien het cyanaation (OCN-) giftig van aard is, dwz ontvlambaar, veroorzaakt het ook irritaties aan de menselijke huid, ogen en slijmvliezen. We hebben het cyanaat-ion niet gezien in ons algemene gebruik van het dagelijks leven. Het kan alleen worden gebruikt in chemische fabrieken en industrieën op hoog niveau.

Lees ook: