Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Compound Structure and Properties · ⁨מבנה תרכובתי ותכונות⁩

AP Chemistry · ⁨כימיה AP⁩ · Topic 2 · ⁨נושא 2⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
8:45

מבנה תרכובתי ותכונות

שלושה חומרים מוצקים על שולחן עבודה: מלח שולחן, יהלום וחתיכת נחושת. נגיש את המלח פטיש וזה מתפורר. היהלום שורט כמעט כל דבר. ה…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

2.1

Types of Chemical Bonds · ⁨סוגי קשרים כימיים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English

Learning Objective 2.1.A: Explain the relationship between the type of bonding and the properties of the elements participating in the bond.

  • 2.1.A.1 Electronegativity values for the representative elements increase going from left to right across a period and decrease going down a group. These trends can be understood qualitatively through the electronic structure of the atoms, the shell model, and Coulomb's law.
  • 2.1.A.2 Valence electrons shared between atoms of similar electronegativity constitute a nonpolar covalent bond. For example, bonds between carbon and hydrogen are effectively nonpolar even though carbon is slightly more electronegative than hydrogen.
  • 2.1.A.3 Valence electrons shared between atoms of unequal electronegativity constitute a polar covalent bond.
    • i. The atom with a higher electronegativity will develop a partial negative charge relative to the other atom in the bond.
    • ii. In single bonds, greater differences in electronegativity lead to greater bond dipoles.
    • iii. All polar bonds have some ionic character, and the difference between ionic and covalent bonding is not distinct but rather a continuum.
  • 2.1.A.4 The difference in electronegativity is not the only factor in determining if a bond should be designated as ionic or covalent. Generally, bonds between a metal and nonmetal are ionic, and bonds between two nonmetals are covalent. Examination of the properties of a compound is the best way to characterize the type of bonding.
  • 2.1.A.5 In a metallic solid, the valence electrons from the metal atoms are considered to be delocalized and not associated with any individual atom.
עברית

מטרת הלמידה 2.1.A: להסביר את הקשר בין סוג הקשר לבין התכונות של היסודים המשתתפים בקשר.

  • 2.1.A.1 ערכי האלקטרושליליות ליסודות הנציגים עולים משמאל לימין לאורך מחזור ויורדים למטה במחלקה. מגמות אלו ניתן להבין באופן איכותי דרך המבנה האלקטרוני של האטומים, הדגם השכבתי וחוק קולון.
  • 2.1.A.2 אלקטרונים על-קורתיים המשותפים בין אטומים בעלי אלקטרושליליות דומה מהווים קשר קוולנטי בלתי קוטבי. לדוגמה, קשרים בין פחמן לחמצן הם בלתי קוטביים בפועל גם אם לפחמן אלקטרושליליות מעט גבוהה יותר מאשר לחמצן.
  • 2.1.A.3 אלקטרונים על-קורתיים המשותפים בין אטומים בעלי אלקטרושליליות שונה מהווים קשר קוולנטי קוטבי.
    • i. האטום בעל האלקטרושליליות הגבוהה יותר יפתח מטען חלקי שלילי ביחס לאטום האחר בקשר.
    • ii. בקשרים יחידים, הבדלים גדולים יותר באלקטרושליליות מובילים לדיפולים קשר גדולים יותר.
    • iii. לכל הקשרים הקוטביים יש תכונה יונית מסוימת, וההבדל בין קשר יוני לקשר קוולנטי אינו חד אך אלא רצף.
  • 2.1.A.4 ההבדל באלקטרושליליות אינו הגורם היחיד בקביעת אם לקשר יש לתאר כיוני או קוולנטי. בדרך כלל, קשרים בין מתכת לא-מתכת הם יוניים, וקשרים בין שני אל-מתכות הם קוולנטיים. בדיקת התכונות של תרכובת היא הדרך הטובה ביותר לאפיין את סוג הקשר.
  • 2.1.A.5 במוצק מתכתי, האלקטרונים העל-קורתיים מאטומי המתכת נחשבים כמעוכבים ולא קשורים לאטום יחיד.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English

A chemical bond 化学键 is an attraction that holds atoms together. Which type forms depends on the atoms' electronegativities:

  • Ionic bond 离子键: electrons transfer from a metal to a nonmetal (large electronegativity difference).
  • Covalent bond 共价键: nonmetals share electrons (small difference). A big-but-not-huge difference gives a polar covalent 极性共价 bond.
  • Metallic bond 金属键: metal atoms share a "sea" of mobile electrons.
עברית

גבישי נתרן כלור: מוצקים יוניים יוצרים רשת של יונים בעלי מטען הפוך *גבישי נתרן כלור: מוצקים יוניים יוצרים רשת של יונים בעלי מטען הפוך

קשר כימי הוא משיכה שמחזיקה אטומים יחד. סוג הקשר שנוצר תלוי באלקטרונגטיביות של האטומים:

Ionic bonding: a metal transfers its outer electrons to a non-metal *קשר יוני: מתכת מעבירה את אלקטרוני הערכיות שלה לאל-מתכת

  • קשר יוני: אלקטרונים עוברים ממתכת לאל-מתכת (הבדל אלקטרונגטיבי גדול).
  • קשר קוולנטי: אל-מתכות משתפות אלקטרונים (הבדל קטן). הבדל גדול אך לא עצום נותן קשר קוולנטי מקוטב.
  • קשר מתכתי: אטומי מתכת משתפים "ימה" של אלקטרונים זזים.

A diamond crystal: giant covalent networks explain extreme hardness and high melting points *גביש יהלום: רשתות קוולנטיות ענקיות מסבירות קשיחות קיצונית ונקודות היתוך גבוהות

Explore · ⁨חקור⁩

Form an ionic bond by electron transfer · ⁨צור קשר יוני על ידי העברת אלקטרונים⁩

An ionic bond forms when a metal gives electrons to a non-metal, making oppositely charged ions that attract; a covalent bond shares electrons instead. · ⁨קשר יוני נוצר כאשר מתכת נותנת אלקטרונים לאי-מתכת, מה שיוצר יונים טעונים בצורה הפוכה שנמשכים זה לזה; קשר קוולנטי משתף אלקטרונים במקום זאת.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
chemical bond/ˈkemɪkl bɒnd/ קשר כימי
Ionic bond/aɪˈɒnɪk bɒnd/ קשר יוני
Covalent bond/ˈkəʊvələnt bɒnd/ קשר קוולנטי
polar covalent/ˈpəʊlə ˈkəʊvələnt/ קוולנטי מקוטב
2.2

Intramolecular Force and Potential Energy · ⁨כוחות פני-מולקולריים ואנרגיה פוטנציאלית⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English

Learning Objective 2.2.A: Represent the relationship between potential energy and distance between atoms, based on factors that influence the interaction strength.

  • 2.2.A.1 A graph of potential energy versus the distance between atoms (internuclear distance) is a useful representation for describing the interactions between atoms. Such graphs illustrate both the equilibrium bond length (the separation between atoms at which the potential energy is lowest) and the bond energy (the energy required to separate the atoms).
  • 2.2.A.2 In a covalent bond, the bond length is influenced by both the size of the atom's core and the bond order (i.e., single, double, triple). Bonds with a higher order are shorter and have larger bond energies.
  • 2.2.A.3 Coulomb's law can be used to understand the strength of interactions between cations and anions.
    • i. Because the interaction strength is proportional to the charge on each ion, larger charges lead to stronger interactions.
    • ii. Because the interaction strength increases as the distance between the centers of the ions (nuclei) decreases, smaller ions lead to stronger interactions.
עברית

מטרת הלמידה 2.2.A: לייצג את הקשר בין אנרגיה פוטנציאלית למרחק בין אטומים, בהתבסס על גורמים המשפיעים על עוצמת האינטראקציה.

  • 2.2.A.1 גרף של אנרגיה פוטנציאלית לעומת המרחק בין אטומים (מרחק פני-גרעיני) הוא ייצוג שימושי לתיאור האינטראקציות בין אטומים. גרפים כאלה ממחישים גם את אורך הקשר בשיווי משקל (המרחק בין אטומים בו האנרגיה הפוטנציאלית נמוכה ביותר) וגם את אנרגיית הקשר (האנרגיה הנדרשת להפרדת האטומים).
  • 2.2.A.2 בקשר קוולנטי, אורך הקשר מושפע גם מגודל ליבת האטום וגם מסדר הקשר (כלומר, יחיד, כפול, משולש). קשרים עם סדר גבוה יותר הם קצרים יותר ויש להם אנרגיות קשר גדולות יותר.
  • 2.2.A.3 ניתן להשתמש בחוק קולון כדי להבין את עוצמת האינטראקציות בין קטיונים ואניונים.
    • i. מכיוון שעוצמת האינטראקציה פרופורציונלית למטען בכל יון, מטענים גדולים יותר מובילים לאינטראקציות חזקות יותר.
    • ii. מכיוון שעוצמת האינטראקציה עולה כאשר המרחק בין מרכזי היונים (גרעינים) קטן, יונים קטנים יותר מובילים לאינטראקציות חזקות יותר.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English

As two atoms approach, a potential energy 势能 curve captures the balance of attraction and repulsion. It dips to a minimum at the bond length 键长 (the stable separation) whose depth is the bond energy 键能. Shorter, stronger bonds sit in deeper, tighter wells; more shared pairs (double, triple bonds) give shorter, stronger bonds.

עברית

כאטומים שניים מתקרבים זה לזה, עקומת אנרגיה פוטנציאלית משקפת את איזון הכוחות האטרקטיביים והדוחים. העקומה יורדת למינימום ב-אורך הקשר (המרחק היציב), ועומקה הוא אנרגיית הקשר. קשרים קצרים וחזקים נמצאים באגמים עמוקים וצמודים יותר; כמות רבה יותר של זוגות משותפים (קשרים כפולים או משולשים) מובילה לקשרים קצרים וחזקים יותר.

2.3

Structure of Ionic Solids · ⁨מבנה של תרכובות יוניות מוצקות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English

Learning Objective 2.3.A: Represent an ionic solid with a particulate model that is consistent with Coulomb's law and the properties of the constituent ions.

  • 2.3.A.1 The cations and anions in an ionic crystal are arranged in a systematic, periodic 3-D array that maximizes the attractive forces among cations and anions while minimizing the repulsive forces.
    • Exclusion statement: Knowledge of specific crystal structures is not essential to an understanding of the learning objective and will not be assessed on the AP Exam.
עברית

מטרת הלמידה 2.3.A: לייצג מוצק יוני עם דגם חלקיקי התואם לחוק קולון ולתכונות היונים המרכיבים אותו.

  • 2.3.A.1 הקטיונים והאניונים בגביש יוני מסודרים במבנה מחזורי ושיטתי 3-ממדי שמקסימים את הכוחות המושכים בין קטיונים ואניונים וממינימים את הכוחות הדוחים.
    • הצהרת פסילה: ידע על מבני גביש ספציפיים אינו הכרחי להבנת מטרת הלמידה ולא יימדד במבחן AP.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English

An ionic solid 离子固体 is a repeating 3-D lattice 晶格 of alternating cations and anions, held by strong electrostatic attraction. This explains their high melting points, brittleness, and why they conduct only when molten or dissolved (ions freed to move). The lattice energy rises with larger ion charges and smaller ions, so MgO (both $2+/2-$) melts far higher than NaCl (both $1+/1-$).

עברית

נוצר יוני הוא רשת 3-D חוזרת של קטיונים ואניונים מתחלפים, המוחזקים על ידי משיכה אלקטרוסטטית חזקה. הדבר מסביר את נקודות ההיתוך הגבוהות שלהם, שבירותם, ולמה הם מוליכים רק כאשר נוזלים או מומסים (היונים משוחררים לתנועה). אנרגיית הרשת עולה עם מטעני יון גדולים יותר ויונים קטנים יותר, ולכן MgO (שניהם $2+/2-$) נמס טמפרטורה הרבה גבוהה יותר מ-NaCl (שניהם $1+/1-$).

היונים ארוזים ברשת ענקית של יונים חיוביים ושליליים סוסיגים
היונים ארוזים ברשת ענקית של יונים חיוביים ושליליים סוסיגים
Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
lattice/ˈlætɪs/ רשת גבישית
delocalized/dɪˈlɒkəlaɪzd/ מבוזז
2.4

Structure of Metals and Alloys · ⁨מבנה של מתכות וסגסוגות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English

Learning Objective 2.4.A: Represent a metallic solid and/or alloy using a model to show essential characteristics of the structure and interactions present in the substance.

  • 2.4.A.1 Metallic bonding can be represented as an array of positive metal ions surrounded by delocalized valence electrons (i.e., a "sea of electrons").
  • 2.4.A.2 Interstitial alloys form between atoms of significantly different radii, where the smaller atoms fill the interstitial spaces between the larger atoms (e.g., with steel in which carbon occupies the interstices in iron).
  • 2.4.A.3 Substitutional alloys form between atoms of comparable radius, where one atom substitutes for the other in the lattice. (e.g., in certain brass alloys, other elements, usually zinc, substitute for copper.)
עברית

מטרת למידה 2.4.A: לייצג מוצק מתכתי ו/או סגסוגת באמצעות דגם כדי להראות את התכונות המבנית והאינטראקציות העיקריות החברות בחומר.

  • 2.4.A.1 קשר מתכתי ניתן לייצוג כמערך של יוני מתכת חיוביים המוקפים באלקטרונים ערכתיים לא-ממוקדים (כלומר, "ים אלקטרונים").
  • 2.4.A.2 סגסוגות אינטרסטריציות נוצרות בין אטומים בעלי רדיוסים שונים משמעותית, כאשר האטומים הקטנים ממלאים את החללים האינטרסטריציים בין האטומים הגדולים (למשל, בפלדה שבה פחמן תופס את החללים בין ברזל).
  • 2.4.A.3 סגסוגות חלופיות נוצרות בין אטומים בעלי רדיוס דומה, כאשר אטום אחד מחליף את השני במסגרת. (למשל, בסגסוגות פליז מסוימות, אלמנטים אחרים, בדרך כלל אבץ, מחליפים נחושת.)

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English

In a metal, cations sit in a lattice bathed in delocalized 离域 electrons, which explains conductivity, malleability, and luster. An alloy 合金 mixes metals: a substitutional alloy swaps in similar-sized atoms; an interstitial alloy (like steel) fits small atoms into the gaps, making it harder.

עברית

בתכת, הקטיונים יושבים ברשת הטבולה באלקטרונים דלוקאליזציה, מה שמסביר את המוליכות, העובדות והברק. סגסוגת מערבבת מתכות: סגסוגת חלופתית מחליפה אטומים בעלי גודל דומה; סגסוגת אינטרstitialית (כמו פלדה) מכניסה אטומים קטנים לתוך הפער בין האטומים, מה שהופך אותה לקשה יותר.

אטומים בגדלים שונים בסגסוגת מונעים החלקת שכבות, ולכן היא קשה יותר
אטומים בגדלים שונים בסגסוגת מונעים החלקת שכבות, ולכן היא קשה יותר
קשר מתכתי: יונים חיוביים בים של אלקטרונים ממוקמים-מרחוק
קשר מתכתי: יונים חיוביים בים של אלקטרונים ממוקמים-מרחוק
נחושת טבעית: הקשר המתכתי נותן מוצק מבריק ועובד עם אלקטרונים דלוקאליזציה
נחושת טבעית: הקשר המתכתי נותן מוצק מבריק ועובד עם אלקטרונים דלוקאליזציה
Explore · ⁨חקור⁩

Slide layers in a metallic lattice · ⁨החלק שכבות ברשת מתכתית⁩

A metal is positive ions in a sea of delocalised electrons. The layers can slide without breaking the bond, so metals are malleable and conduct. · ⁨מתכת היא יונים חיוביים בים של אלקטרונים דלוקלים. השכבות יכולות להחליק ללא שבירת הקשר, ולכן מתכות הן可塑יות ומוליכות חשמל.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
Metallic bond/məˈtælɪk bɒnd/ קשר מתכתי
potential energy/pəˈtenʃl ˈenədʒi/ אנרגיה פוטנציאלית
bond length/bɒnd leŋθ/ אורך קשר
bond energy/bɒnd ˈenədʒi/ אנרגיית קשר
ionic solid/aɪˈɒnɪk ˈsɒlɪd/ נוזל יוני
alloy/ˈælɔɪ/ סגסוגת
Lewis diagram/ˈluːɪs ˈdaɪəɡræm/ דיאגרמת לויס
lone pairs/ləʊn peəz/ זוגות אלקטרונים בודדים
octet/ɒkˈtet/ אוקטט
resonance/ˈrezənəns/ תהודה
Formal charge/ˈfɔːml tʃɑːdʒ/ טענה פורמלית
2.5

Lewis Diagrams · ⁨דיאגרמות לויס⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English

Learning Objective 2.5.A: Represent a molecule with a Lewis diagram.

  • 2.5.A.1 Lewis diagrams can be constructed according to an established set of principles.
עברית

מטרת למידה 2.5.A: לייצג מולקולה באמצעות דיאגרמת לויס.

  • 2.5.A.1 דיאגרמות לויס יכולות להיות בנותées לפי סדרה מקובלת של עקרונות.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English

A Lewis diagram 路易斯结构 shows valence electrons as bonding pairs and lone pairs 孤对电子, giving most atoms an octet 八隅体 (8 valence electrons; H wants 2). Steps: count total valence electrons, connect atoms with single bonds, complete octets on outer atoms, then form multiple bonds if the central atom is short.

Worked example. Draw carbon dioxide, $\text{CO}_2$. Total valence electrons $=4+2(6)=16$. Put C in the centre; single bonds to each O use $4$ electrons and leave the outer O atoms short. Completing octets forces two double bonds, $\text{O}=\text{C}=\text{O}$: each O then has two lone pairs, C has none, and all $16$ electrons are placed with every atom at an octet.

עברית

דיאגרמת לויס מציגה אלקטרונים בשכבת הערכיות כזוגות קשר וזוגות בידוד, ומעניקה לרוב האטומים אוקטט (8 אלקטרונים בשכבת הערכיות; H זקוק ל-2). שלבים: ספורו את סך אלקטרוני הערכיות, חברו את האטומים בקשרים יחידים, השלימו את האוקטטים באטומים החיצוניים, ולאחר מכן צרו קשרים מרובים אם לאטום המרכזי חסרים אלקטרונים.

דיאגרמות נקודה וצלב מראים את זוגות הקשר וזוגות הבידוד במולקולה
דיאגרמות נקודה וצלב מראים את זוגות הקשר וזוגות הבידוד במולקולה

דוגמה מופת. צייר את דו-חמצן הפחמן, $\text{CO}_2$. סך אלקטרוני הערכיות $=4+2(6)=16$. הנח C במרכז; קשרים יחידים לכל O משמשים $4$ אלקטרונים ומוותרים על האטומים החיצוניים של O. השלמת האוקטט מחייבת שני קשרים כפולים, $\text{O}=\text{C}=\text{O}$: כל O מקבל אז זוגות אלקטרונים בודדים, ל-C אין, וכל $16$ אלקטרונים ממוקמים כאשר כל אטום נמצא באוקטט.

2.6

Resonance and Formal Charge · ⁨תנועה וטענה פורמלית⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English

Learning Objective 2.6.A: Represent a molecule with a Lewis diagram that accounts for resonance between equivalent structures or that uses formal charge to select between nonequivalent structures.

  • 2.6.A.1 In cases where more than one equivalent Lewis structure can be constructed, resonance must be included as a refinement to the Lewis structure. In many such cases, this refinement is needed to provide qualitatively accurate predictions of molecular structure and properties.
  • 2.6.A.2 The octet rule and formal charge can be used as criteria for determining which of several possible valid Lewis diagrams provides the best model for predicting molecular structure and properties.
  • 2.6.A.3 As with any model, there are limitations to the use of the Lewis structure model, particularly in cases with an odd number of valence electrons.
עברית

מטרת למידה 2.6.A: לייצג מולקולה באמצעות דיאגרמת לויס שמחשבת תהודה בין מבנים equivalent או משתמש במטען פורמלי לבחירה בין מבנים non-equivalent.

  • 2.6.A.1 במקרים שבהם ניתן לבנות יותר מדיאגרמת לויס equivalent אחת, יש לכלול תהודה כשיפור לדיאגרמת לויס. במקרים רבים, שיפור זה נדרש כדי לספק תחזיות מדויקות איכותית לגבי מבנה ותכונות המולקולה.
  • 2.6.A.2 כלל האוקטט ומטען פורמלי יכולים לשמש כקריטריונים לקביעת איזה מדיאגרמת לויס possible valid מהמספר האפשריות מספק את הדגם הטוב ביותר לתחזית מבנה ותכונות המולקולה.
  • 2.6.A.3 כמו בכל דגם, ישנם מגבלות לשימוש בדגם דיאגרמת לויס, במיוחד במקרים עם מספר אי-זוגי של אלקטרונים ערכתיים.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English

When two or more valid Lewis diagrams differ only in electron placement, the true structure is an average – resonance 共振. Formal charge 形式电荷 (valence electrons minus lone-pair electrons minus half the bonding electrons) picks the best structure: the one with formal charges closest to zero, and any negative charge on the most electronegative atom.

Worked example. Assign formal charges in the nitrate ion, $\text{NO}_3^{-}$ (one double bond, two single bonds). For N (4 bonds, no lone pairs): $5-0-4=+1$. For the double-bonded O (2 lone pairs): $6-4-2=0$. For each single-bonded O (3 lone pairs): $6-6-1=-1$. The total is $+1+0+(-1)+(-1)=-1$, matching the ion's overall charge – a good check that the structure is drawn correctly. Because the three O atoms are equivalent by resonance, the real ion has three identical bonds.

עברית

כאשר שתי דיאגרמות לויס תקפות מונחות שונות רק במיקום האלקטרונים, המבנה האמיתי הוא ממוצע – תנועה. טענה פורמלית (אלקטרונות ערכיים פחות אלקטרוני זוג בידוד פחות חצי מאלקטרוני הקשר) בוחרת את המבנה הטוב ביותר: celui עם טענות פורמליות הקרובות לאפס, וככל שהטענה השלילית נמצאת על האטום האלקטרונegative ביותר.

דוגמה מפורטת. קבעו טענות פורמליות ביון הניטרט, $\text{NO}_3^{-}$ (קשר כפול אחד, שני קשרים יחידים). עבור N (4 קשרים, ללא זוגות בידוד): $5-0-4=+1$. עבור O בעל הקשר הכפול (2 זוגות בידוד): $6-4-2=0$. עבור כל O בעל הקשר היחיד (3 זוגות בידוד): $6-6-1=-1$. הסך הכול הוא $+1+0+(-1)+(-1)=-1$, התואם מטענת היון הכוללת – בדיקה טובה שישורט correctly. מכיוון שארבעת אטומי ה-O שווים זה לזה בתנועה, ליון האמיתי יש שלושה קשרים זהים.

2.7

VSEPR and Bond Hybridization · ⁨VSEPR והיברידיזציה של קשרים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English

Learning Objective 2.7.A: Based on the relationship between Lewis diagrams, VSEPR theory, bond orders, and bond polarities:

  • i. Explain structural properties of molecules.

  • ii. Explain electron properties of molecules.

  • 2.7.A.1 VSEPR theory uses the Coulombic repulsion between electrons as a basis for predicting the arrangement of electron pairs around a central atom.

  • 2.7.A.2 Both Lewis diagrams and VSEPR theory must be used for predicting electronic and structural properties of many covalently bonded molecules and polyatomic ions, including the following:

    • i. Molecular geometry (linear, trigonal planar, tetrahedral, trigonal pyramidal, bent, trigonal bipyramidal, seesaw, T-shaped, octahedral, square pyramidal, square planar)
    • ii. Bond angles
    • iii. Relative bond energies based on bond order
    • iv. Relative bond lengths (multiple bonds, effects of atomic radius)
    • v. Presence of a dipole moment
    • vi. Hybridization of valence orbitals for atoms within a molecule or polyatomic ion
  • 2.7.A.3 The terms "hybridization" and "hybrid atomic orbital" are used to describe the arrangement of electrons around a central atom. When the central atom is $sp$ hybridized, its ideal bond angles are $180°$; for $sp^2$ hybridized atoms the bond angles are $120°$; and for $sp^3$ hybridized atoms the bond angles are $109.5°$.

    • Exclusion statement: An understanding of the derivation and depiction of hybrid orbitals will not be assessed on the AP Exam. The course includes the distinction between sigma and pi bonding, the use of VSEPR to explain the shapes of molecules, and the $sp$, $sp^2$, and $sp^3$ nomenclature.
    • Exclusion statement: Hybridization involving d orbitals will not be assessed on the AP Exam. When an atom has more than four pairs of electrons surrounding the central atom, students are only responsible for the shape of the resulting molecule.
  • 2.7.A.4 Bond formation is associated with overlap between atomic orbitals. In multiple bonds, such overlap leads to the formation of both sigma and pi bonds. The overlap is stronger in sigma than pi bonds, which is reflected in sigma bonds having greater bond energy than pi bonds. The presence of a pi bond also prevents the rotation of the bond and leads to geometric isomers.

    • Exclusion statement: Molecular orbital theory is recommended as a way to provide deeper insight into bonding. However, the AP Exam will neither explicitly assess molecular orbital diagrams, filling of molecular orbitals, nor the distinction between bonding, nonbonding, and antibonding orbitals.
עברית

מטרת למידה 2.7.A: על בסיס הקשר בין דיאגרמות לויס, תיאוריית VSEPR, סדר קשר וקוטביות קשר:

  • i. הסבר תכונות מבניות של מולקולות.

  • ii. הסבר תכונות אלקטרוניות של מולקולות.

  • 2.7.A.1 תיאוריית VSEPR משתמשת בדחייה הקולונית בין אלקטרונים כבסיס לחזות את סידור זוגות האלקטרונים סביב אטום מרכזי.

  • 2.7.A.2 יש להשתמש במבני לואיס ובתיאוריית VSEPR כדי לחזות תכונות אלקטרוניות ומבניות של מולקולות רבות קשרים קוולנטיים ויונים פולי-אטומיים, כולל הבאים:

    • i. גיאומטריה מולקולרית (ליניארית, משולשת מישורית, טטרהדרית, משולשת פירמידלית, מעוקלת, דו-פירמידלית משולשת, מסתור, צורת T, אוקטהדרית, פירמידה ריבועית, מישורית ריבועית)
    • ii. זוויות קשר
    • iii. אנרגיות קשר יחסיות על בסיס סדר הקשר
    • iv. אורכי קשר יחסים (קשרים מרובים, השפעות של רדיוס אטומי)
    • v. נוכחות של מומנט דיפול
    • vi. היברידיזציה של אורביטלים ערכתיים לאטומים בתוך מולקולה או יון פולי-אטומי
  • 2.7.A.3 המונחים "היברידיות" ו"אלקטרונה היברידי אטומי" משמשים לתיאור סידור האלקטרונים סביב אטום מרכזי. כאשר האטום המרכזי נמצא בהיברידציה $sp$, זוויות הקשר האידיאליות שלו הן $180°$; עבור אטומים בהיברידציה $sp^2$, זוויות הקשר הן $120°$; ועבור אטומים בהיברידציה $sp^3$, זוויות הקשר הן $109.5°$.

    • הצהרת חריגה: לא ייבחן בבחן AP ההבנה של הגזירה והצגה של אורביטלים היברידיים. הקורס כולל את ההבחנה בין קשר סיגמה ופי, השימוש ב-VSEPR להסבר צורות מולקולות, ואת $sp$, $sp^2$, ו$sp^3$ המינוח.
    • הצהרת חריגה: היברידיזציה המעורבת באורביטלי d לא תיבחן בבחן AP. כאשר לאטום יש יותר מארבעה זוגות אלקטרונים סביב האטום המרכזי, התלמידים אחראים רק לצורה של המולקולה הנוצרת.
  • 2.7.A.4 יצירת קשרים קשורה לשחף בין אורביטלים אטומיים. בקשרים מרובים, שחף זה מוביל ליצירתם של קשרים סיגמה ופי גם יחד. השחף חזק יותר בקשרי סיגמה מאשר בקשרי פי, מה שמבטא בעובדה שקשרי סיגמה בעלי אנרגיית קשר גבוהה יותר מקשרי פי. נוכחות של קשר פי מונעת גם כן סיבוב סביב הקשר ומובילה ליצירת איזומרים גיאומטריים.

    • הצהרת חריגה: תיאוריית האורביטלים המולקולרית מומלצת כישיטה לספק העמקה deeper לקשרים. עם זאת, בבחן AP לא ייבחן במפורש דיאגרמות אורביטלים מולקולריים, מילוי אורביטלים מולקולריים, או ההבחנה בין אורביטלי קשר, אי-קשר ואנטי-קשר.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨מקור: תיאור הקורס והמבחן של College Board AP⁩

English
VSEPR: molecular shapes

VSEPR 价层电子对互斥 theory predicts shape: electron pairs (bonds and lone pairs) around a central atom spread out as far apart as possible. Counting electron domains gives the geometry (linear, trigonal planar, tetrahedral, …); lone pairs push bonds closer, bending the shape. Hybridization 杂化 ($sp$, $sp^2$, $sp^3$) describes the mixed orbitals matching that geometry. Molecular shape and bond polarity together decide whether the whole molecule is polar.

Worked example. Predict the shape of ammonia, $\text{NH}_3$. Nitrogen has $3$ bonding pairs and $1$ lone pair – four electron domains, so the electron geometry is tetrahedral and the hybridization is $sp^3$. The lone pair is invisible in the shape but still pushes the bonds together, so the molecular shape is trigonal pyramidal with a bond angle of about $107^{\circ}$ (a little less than the ideal $109.5^{\circ}$). The three N–H dipoles do not cancel, so the molecule is polar.

Bonds form when atomic orbitals overlap. Every single bond is one sigma bond σ键 – orbitals overlapping head-on along the line joining the two atoms. A multiple bond adds a pi bond π键, made by $p$ orbitals overlapping sideways above and below that line: a double bond is one sigma + one pi, a triple bond one sigma + two pi. Head-on overlap is more effective, so a sigma bond is stronger (higher bond energy) than a pi bond – which is why a double bond is stronger than a single bond but not twice as strong. A pi bond also locks the two atoms so they cannot rotate about the bond; a C=C double bond therefore has fixed cis and trans forms – geometric isomers 几何异构体 that a freely-rotating single bond could never show.

Worked example. Count the bonds in ethene, $\text{H}_2\text{C}=\text{CH}_2$. The four C–H bonds are single bonds (one sigma each); the C=C is one sigma plus one pi. So ethene has 5 sigma and 1 pi bond, and that single pi bond is exactly what stops the two $\text{CH}_2$ ends from twisting relative to each other.

עברית
VSEPR: צורות מולקולריות

תיאוריית VSEPR חוזה צורה: זוגות אלקטרונים (קשרים וזוגות בידוד) סביב אטום מרכזי מתפשטים ככל שהיאפשרי הרחוק זה מזה. ספירת תחומי אלקטרונים נותנת גיאומטריה (קוויתית, משולשית מישורית, טטרהדרית…); זוגות בידוד דוחפים קשרים קרובים יותר, ומעוותים את הצורה. היברידיזציה ($sp$, $sp^2$, $sp^3$) מתארת את האורביטלים המעורבים התואמים לגיאומטריה זו. צורת המולקולה וקוטביות הקשר יחד קובעים האם המולקולה כולה קוטבית.

היברידיזציה וצורה: sp3 טטרהדרית, sp2 מישורית, sp קוויתית
היברידיות ומבנה: sp3 טטרהדרלי, sp2 מישורי, sp לינארי
המבנים הנפוצים של VSEPR והזוויות הקשר שלהם
המבנים הנפוצים של VSEPR והזוויות הקשר שלהם

דוגמה פתורה. נחזה את המבנה של האמוניה, $\text{NH}_3$. לחנקן יש $3$ זוגות קשר ו$1$ זוג אלקטרונים בודד – ארבעה אזורים אלקטרוניים, ולכן הגיאומטריה האלקטרונית היא טטרהדרלית וההיברידיה היא $sp^3$. הזוג הבודד אינו נראה במבנה המולקולרי אך עדיין דוחף את הקשרים זה אל זה, ולכן המבנה המולקולרי הוא טריגונלי-פרמידי עם זווית קשר של כ-$107^{\circ}$ (מעט פחות מהזווית האידיאלית $109.5^{\circ}$). שלושת דייפולי ה-N–H לא מתבטלים, ולכן המולקולה קוטבית.

קשרים נוצרים כאשר אורביטלי אטומיים מתכנסים. כל קשר יחיד הוא קשר סigma σ – אורביטלים מתכנסים ראש-על-ראש לאורך הקו המחבר בין שני האטומים. קשר כפול או משולש מוסיף קשר פה π, הנוצר על ידי אורביטלים $p$ המתכנסים בצד מעל ומתחת לקו הזה: קשר כפול הוא סigma אחד + פה אחד, קשר משולש הוא סigma אחד + שני פה. התכנסות ראש-על-ראש יעילה יותר, ולכן קשר סigma חזק יותר (אנרגיית קשר גבוהה יותר) מאשר קשר פה – הדבר שמסביר מדוע קשר כפול חזק מקשר יחיד אך אינו חזק פי שניים. קשר פה גם נעול את שני האטומים כך שלא יכולים לסובב סביב הקשר; לכן לקשר C=C כפול יש צורות ציס ו-טרנס קבועות – איזומרים גיאומטריים שאין להם מקביל בקשר יחיד החופשי מסובב.

דוגמה פתורה. ספרו את הקשרים באתינ, $\text{H}_2\text{C}=\text{CH}_2$. ארבעת הקשרים C–H הם קשרים יחידים (סigma אחד לכל אחד); הקשר C=C הוא סigma אחד ועוד פה אחד. לכן לאתינ יש 5 קשרי סigma ו-1 קשר פה, והקשר פה היחיד הוא בדיוק מה שמניע את שני קצוות ה-$\text{CH}_2$ מסתובב ביחס זה לזה.

Explore · ⁨חקור⁩

Predict molecular shape with VSEPR · ⁨תאר צורת מולקולה עם VSEPR⁩

VSEPR: electron pairs repel and spread as far apart as possible, setting the molecule's shape. Add bonding and lone pairs and watch the geometry change. · ⁨VSEPR: זוגות אלקטרונים דוחים זה את זה ומתפשטים ככל שהאפשרות מאפשרת, מה שקובע את צורת המולקולה. הוסף זוגות קישוריים ולונות וצפה בשינוי הגיאומטריה.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
VSEPR/ˈvespə/ VSEPR
Hybridization/ˌhaɪbrɪdaɪˈzeɪʃn/ היברידציה
sigma bond/ˈsɪɡmə bɒnd/ קשר סigma
pi bond/paɪ bɒnd/ קשר פיי
geometric isomers/ˌdʒiːəʊˈmetrɪk ˈaɪsəməz/ איזומרים גיאומטריים
2.7

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

English
  • Decide the bond type from the atoms: ionic (metal + non-metal, electron transfer), covalent (non-metals, sharing), metallic (sea of delocalised electrons).
  • An ionic solid conducts only when molten or dissolved (ions free to move), never as a solid.
  • Draw Lewis structures to satisfy the octet (H wants 2), then use VSEPR — electron pairs spread as far apart as possible — to predict the shape.
  • Lone pairs take up space and push bonds closer, bending the shape (water is bent, ammonia pyramidal).
  • A molecule can have polar bonds yet be non-polar overall if its symmetry makes the dipoles cancel ($\text{CO}_2$).
  • A single bond is 1 sigma bond; a double bond is 1 sigma + 1 pi, a triple bond 1 sigma + 2 pi. Sigma is stronger than pi, and a pi bond blocks rotation, giving cis/trans geometric isomers.
עברית
  • קבעו את סוג הקשר לפי האטומים: יוני (מתכת + לא-מתכת, העברת אלקטרון), קוולנטי (לא-מתכות, שיתוף), מתכתי (ים של אלקטרונים מרוכזים).
  • מוצק יוני מוליך רק כאשר הוא מומס או ממיס (יונים חופשיים לתנועה), לעולם לא במצב מוצק.
  • שרטטו מבני לויס כדי לספק את הכלל של השמונה (ל-H יש צורך ב-2), ואז השתמשו ב-VSEPR – זוגות אלקטרונים מתפשטים ככל שהמרחק הגדול ביותר האפשרי – כדי לחזות את המבנה.
  • זוגות אלקטרונים בודדים תופסים מקום ודוחפים קשרים קרוב יותר, מכופפים את המבנה (מים הם מעוקל, אמוניה פרמידית).
  • למולקולה יכולים להיות קשרים קוטביים אך היא בלתי קוטבית בסך הכל אם הסימטריה שלה גורמת להתבטלות הדייפולים ($\text{CO}_2$).
  • קשר יחיד הוא 1 סigma; קשר כפול הוא 1 סigma + 1 פה, קשר משולש הוא 1 סigma + 2 פה. סaudio חזק יותר מפלה, וקשר פה חוסם סיבוב, מה שמוביל ל-איזומרים גיאומטריים ציס/טרנס.

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in AP Chemistry · ⁨כימיה AP⁩ · ⁨נושאים נוספים בAP Chemistry · ⁨כימיה AP⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP