Zadanie 3 — rozwiązanie, matura chemii maj 2026, PR

Treść zadania

Informacja do zadań 1.–3. Pierwiastek Q jest niemetalem, który występuje w postaci dwuatomowych cząsteczek i jest głównym składnikiem powietrza. (Q = N.)

Polecenie (0–1). Uzupełnij tabelę. Dla cząsteczki $Q_{2}$ określ i napisz liczbę:

wiązań $σ$ ,
wiązań $π$ ,
wolnych par elektronowych.

Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2605. Otwórz oryginalny PDF

Rozwiązanie

Cząsteczka $Q_{2}$ to cząsteczka azotu $N_{2}$ .

Każdy atom azotu ma 5 elektronów walencyjnych ( $2 s^{2} 2 p^{3}$ ), czyli trzy elektrony niesparowane. Atomy łączą się wiązaniem potrójnym, a każdemu zostaje jedna wolna para elektronowa:

$: N \equiv N :$

Liczba wiązań $σ$	Liczba wiązań $π$	Liczba wolnych par elektronowych
1	2	2

Uzasadnienie:

wiązanie potrójne = 1 wiązanie σ + 2 wiązania π — pierwsze wiązanie w każdej parze atomów jest zawsze typu σ (nakładanie czołowe), każde kolejne jest typu π (nakładanie boczne),
2 wolne pary elektronowe — po jednej na każdym atomie azotu, pochodzące z pary $2 s^{2}$ .

Sprawdzenie bilansu elektronowego: cząsteczka ma $2 \times 5 = 10$ elektronów walencyjnych. Trzy wiązania to $3 \times 2 = 6$ elektronów, dwie wolne pary to $2 \times 2 = 4$ elektrony. Razem 10 ✓. Każdy atom osiąga oktet.

Typowy błąd / pułapka

Najczęstszy błąd: podanie „3" jako liczby wiązań σ. W wiązaniu wielokrotnym tylko jedno wiązanie jest typu σ — pozostałe są typu π. Reguła: wiązanie pojedyncze = 1σ; podwójne = 1σ + 1π; potrójne = 1σ + 2π.

Drugi błąd: policzenie wolnych par jako „6". Nie każda para elektronów jest wolna — sześć elektronów tworzy wiązania. Wolne pary to tylko te nieuczestniczące w wiązaniu: po jednej na każdym atomie, razem 2.

Nie myl wolnej pary z parą wiążącą. Wolna para należy do jednego atomu; para wiążąca jest współdzielona przez dwa.

Kontrola przez bilans elektronowy jest szybka i pewna. Zsumuj elektrony walencyjne obu atomów (10), odejmij te w wiązaniach (6) i podziel resztę przez 2 — otrzymasz liczbę wolnych par (2).

Uwaga na inne cząsteczki dwuatomowe. W $O_{2}$ jest 1σ + 1π i 4 wolne pary; w $F_{2}$ — 1σ, 0π i 6 wolnych par; w $CO$ — 1σ + 2π i 2 wolne pary. Schemat rozumowania jest za każdym razem ten sam.

Treść zadania (CKE)

Zadanie 3 — chemia 2026, poziom rozszerzony, arkusz CKE — Fragment arkusza CKE MCHP-R0-100-A-2605 — zadanie 3. Na podstawie: CKE, matura maj 2026, chemia PR Oryginalny PDF CKE

Wiązania σ i π — reguła, która rozwiązuje takie zadania

Krotność wiązania	Wiązania σ	Wiązania π
pojedyncze	1	0
podwójne	1	1
potrójne	1	2

Cecha	Wiązanie σ	Wiązanie π
nakładanie orbitali	czołowe (wzdłuż osi)	boczne (nad i pod osią)
gęstość elektronowa	maksimum na osi wiązania	poza osią
trwałość	większa	mniejsza
swobodna rotacja	możliwa	zablokowana
pierwsze w kolejności	zawsze	nigdy

Zablokowana rotacja wokół wiązania π wyjaśnia istnienie izomerii geometrycznej (cis–trans) w alkenach.

Cząsteczki dwuatomowe — zestawienie

Cząsteczka	Elektrony walencyjne	Wiązanie	σ	π	Wolne pary
$H_{2}$	2	pojedyncze	1	0	0
$F_{2}$	14	pojedyncze	1	0	6
$O_{2}$	12	podwójne	1	1	4
$N_{2}$	10	potrójne	1	2	2
$CO$	10	potrójne	1	2	2
$HCl$	8	pojedyncze	1	0	3

Bilans elektronowy — metoda sprawdzania

$n_{wal} = 2 \cdot n_{wi ą za \overset{n}{ˊ}} + 2 \cdot n_{wolnych par}$

Dla $N_{2}$ :

$10 = 2 \cdot 3 + 2 \cdot 2 = 6 + 4 ✓$

Ta zależność pozwala szybko wyliczyć liczbę wolnych par, gdy zna się krotność wiązania — i odwrotnie.

Dlaczego azot jest tak mało reaktywny

Wielkość	Wartość
energia wiązania $N \equiv N$	945 kJ/mol
energia wiązania $O = O$	498 kJ/mol
energia wiązania $F - F$	159 kJ/mol

Potrójne wiązanie w $N_{2}$ należy do najsilniejszych znanych wiązań chemicznych — dlatego azot atmosferyczny jest praktycznie bierny, a przemysłowe wiązanie azotu (proces Habera i Boscha) wymaga wysokiej temperatury, ciśnienia i katalizatora.

Punktacja CKE

1 pkt — poprawne uzupełnienie całej tabeli dla cząsteczki $N_{2}$ : 1 wiązanie σ, 2 wiązania π, 2 wolne pary elektronowe.
0 pkt — odpowiedź niepełna albo błędna.