1. International University for Science & Technology College of Pharmacy
General Chemistry
(Students of Dentistry)
Prof. Dr. M. H. Al-Samman

2. CHEMISTRY
Chapter 3

3. Covalent Bond and Molecular Compounds
الرابطة المشتركة والمركبات الجزيئية
الروابط المشتركة The Covalent Bond :
الرابطة المشتركة A single covalent bond:
هي الرابطة التي تنشأ بواسطة زوج من الالكترونات بين ذرتين , الكترونا من كل ذرة.
مثال :
H – H , Cl – Cl ,F – F
الرابطة الثنائية :A double covalent bond
هي الرابطة التي تنشأ بواسطة زوج من الاكترونات بين ذرتين , الكترونين من كل ذرة .
مثال:
O=O , H₂C=CH₂
الرابطة الثلاثية A triple covalent bond:
هي الرابطة التي تنشأ بواسطة ثلاثة أزواج من الاكترونات بين ذرتين , ثلاثة إلكترونات من كل ذرة .

4. Covalent Bond and Molecular Compounds
الرابطة المشتركة والمركبات الجزيئية
ملاحظات ضرورية :
الرابطة الثلاثة هي أقوى وأقصر من الرابطتين الثنائية والأحادية , وطبعا فإن الرابطة الثنائية , هي اقوى وأقصر من الرابطة الأحادية .
- نسمي المركبات التي تحوي روابط مشتركة :
المركبات الجزيئية(molecular compounds)
الرابطة التساندية :
هي الرابطة التي تنشأ بين ذرتين , إحداهما تقدم الزوج الاكتروني والأخرى تقدم المدار الفارغ , ونسمي المركبات التي تحوي روابط تساندية بالمركبات التساندية أو المعقدات .

5. الجزيئات والصيغ Molecules and Formulas
الصيغة الجزيئية molecular formula :
تعطي العدد الصحيح الواقعي , لكل نوع من الذرات في الجزيء.
empirical formulaالصيغة المبسطة:
تعطي النسبة بين الذرات في المركب بأصغر أعداد صحيحة , وهي أبسط صيغة ممكنة .
Compound
Molecular formula
Empirical formula
Hydrogen peroxide
H2O2 HO
Octane
C8H18
????

6. المركبات الجزيئة Molecular Compounds
EOS
Ball-and-stick model vs. Space-filling model

7. الصيغ البسيطة والصيغ المجملة Empirical and Molecular Formulas
empirical formulaالصيغة المبسطة:
تعطي النسبة بين الذرات في المركب بأصغر أعداد صحيحة , وهي أبسط صيغة ممكنة .
Example:
Molecular formula of glucose – C6H12O6
EOS
The elemental ratio C:H:O is 1:2:1, so the empirical formula is CH2O
EOS

8. الصيغ البنيوية Structural Formulas
Shows how atoms are attached to one another.
EOS

9. النسب المئوية الوزنية للعناصر في الصيغة الجزيئة Mass Percent Composition from Chemical Formulas
النسبة المئوية الوزنية للعنصر في مركب ما :
The mass percent composition
تساوي إلى كتلة العنصر بالغرام , مقسومة على الوزن الجزيئي الغرامي ( مول ) مضروبة بمائة .
-Each g amount of the compound contains g amount of the element
-Each 100 g of compound contains x g of the element .

10. النسب المئوية لمكونات البوتان Percentage Composition of Butane

11. الصيغة الجزيئية أو المجملة هي مضاعف بسيط للصيغة المبسطة
علاقة الصيغة الجزيئية المجملة بالصيغة المبسطة Relating Molecular Formula to Empirical Formulas
A molecular formula is a simple integer multiple of the empirical formula.
الصيغة الجزيئية أو المجملة هي مضاعف بسيط للصيغة المبسطة
That is, an empirical formula of CH2 means that the molecular formula is CH2, or C2H4, or C3H6, or C4H8, etc.
So: we find the molecular formula by:
= integer (nearly)
molecular formula mass
empirical formula mass
We then multiply each subscript in the empirical formula by the integer.

12. The empirical formula of phenol is : C₆H₆O
النسبة المئوية الوزنية للمكونات والصيغ الكيميائية Mass Percent Composition and Chemical Formulas
Example :
Phenol, a general disinfectant, has the composition 76.57% C, 6.43% H, and 17.00% O by mass. Determine its empirical formula.
Answer:
Moles of C percent :76.57/ = %
Moles of H percent : 6.43/ = %
Moles of O percent :17.00/15.998=1.062 %
- We divide each figure by the smallest figure to obtain the ratio between the elements in the formula:
The number of O atoms = 1.062/1.062 = 1 atom
The number of C atoms = 6.347/ = 6 atom
The number of H atoms = 6.379/1.062 = 6 atom
The empirical formula of phenol is : C₆H₆O

13. النسبة المئوية الوزنية للمكونات والصيغ الكيميائية Mass Percent Composition and Chemical Formulas
Example:
Diethylene glycol, used in antifreeze, as a softening agent for textile fibers and some leathers, and as a moistening agent for glues and paper, has the composition 38.70% C, 9.67% H, and 51.61% O by mass.
1-Determine its empirical formula.
2-Determine its molecular formula if the molecular mass of the compound is 62 u
Answer:
Moles of C % = 38.70/ = mol
Moles of H % = 9.67/ = mol
Moles of O % = 51.61/ = mol

14. النسبة المئوية الوزنية للمكونات والصيغ الكيميائية Mass Percent Composition and Chemical Formulas
Example: cont.
-Number of O atoms = 1 atom
-Number of C atoms = 1 atom
-Number of H atoms = 2.97=3 atom
-The empirical formula is : CH₃O
The empirical formula mass: 12 + ( 3x1) + 16 = 31 u
The integer number : 62/31 =2
The molecular formula : C₂H₆O₂

15. النسبة المئوية الوزنية للمكونات والصيغ الكيميائية Mass Percent Composition and Chemical Formulas
Example:
The empirical formula of hydroquinone, a chemical used in photography, is C3H3O, and its molecular mass is 110 u. What is its molecular formula?
Answer:
The empirical formula mass : (12x3)+ (3x1) + 16 = 55 u
The integer number : 110/55 = 2
The molecular formula : C₆H₆O₂

16. النسبة المئوية الوزنية للمكونات والصيغ الكيميائية Mass Percent Composition and Chemical Formulas
Example :
Burning a g sample of a carbon–hydrogen–oxygen compound in oxygen yields g CO2 and g H2O. A separate experiment shows that the molecular mass of the compound is 90 u. Determine (a) the mass percent composition, (b) the empirical formula, and (c) the molecular formula of the compound.
Mass of carbon=0.1935x12/44=
Mass of hydrogen=0.1000x2/18=
Percent c=( /0.1000)x100=52.77%
Percent H=(0.0555/0.1000)x100=11.11%
Percent of O=100 – = 36.12%
C mol%=52.77/12= mol
H mol %=5.55/1=5.55 mol
O mole %=36.12/16=2.25mol

17. The molecular formula : C₄H₁₀O₂
النسبة المئوية الوزنية للمكونات والصيغ الكيميائية Mass Percent Composition and Chemical Formulas
Then by dividing each molar percent by the smallest figure which is 2.25 we get:
-Number of O atoms=1 atom
-Number of C atoms =2 atom
-Number of H atom=5 atom
-The empirical formula : C₂H₅O
-Empirical formula mass : = 45 u
Integer number: 90/45 = 2
The molecular formula : C₄H₁₀O₂

18. موازنة المعادلات الكيميائية Balancing Chemical Equations
Example :
Balance the equation
Fe + O2  Fe2O3 (not balanced)
2Fe + 3/2 O₂  Fe2O3
4Fe + 3 O₂  2Fe2O3
C2H O2  CO H2O
C2H /2 O2  2CO H2O
2C2H O2  4 CO H2O
H3PO NaCN  HCN + Na3PO4
H3PO NaCN  3 HCN + Na3PO4

19. موازنة المعادلات الكيميائية Balancing Chemical Equations
Example:
When mol propane is burned in an excess of oxygen, how many moles of oxygen are consumed? The reaction is
C3H O2  3 CO H2O
1mole ----5mole ?
Number of O moles = x 5 /1 = mol

20. موازنة المعادلات الكيميائية Balancing Chemical Equations
When 11.6 g of butane is burned in an excess of oxygen.
how many grams of oxygen are consumed?
The reaction is
C₄H₁₀ /2 O2  4 CO H2O
(13/2)x32
11.6g x
The mass of consumed oxygen: 41.6 g

21. المواد المحددة للتفاعل Limiting Reactants
إذا لم تكن المواد المتفاعلة , متساوية المكافئات , ففي نهاية التفاعل , يمكن أن تبقى بعض المواد الداخلة في التفاعل , بغير تفاعل ( زائدة ).
:Limiting Reactant المادة المتفاعلة المحددة للتفاعل
المادة المحددة للتفاعل , هي المادة التي تستهلك كليا في التفاعل , وبانتهائها ينتهي التفاعل .

22. المواد المحددة للتفاعل Limiting Reactants

23. المواد المحددة للتفاعل Limiting Reactants
The amount of product predicted from stoichiometry taking into account limiting reagents is called the theoretical yield.
:Theoretical yield المنتوج النظري
هو المردود الناتج الذي نحصل عليه من خلال الحسابات النظرية البحتة .
:The actual yield المردود الناتج الفعلي
هو المردود الناتج الفعلي , الذي نحصل عليه واقعيا .
:The percent yield مردود التفاعل
مردود التفاعل , هو حاصل قسمة الناتج الحقيقي , على الناتج المتوقع نظريا , مضروبا بمائة .

24. المواد المحددة للتفاعل Limiting Reactants
Example:
During a process we burned g of butane C₄H₁₀ with 80 g of oxygen , we obtained 30 g of carbon dioxide .
1- write the equation of the reaction.
2- balance the equation.
3- assign the limiting reactant in the reaction.
4- calculate the theoretical yield of carbon dioxide.
5- calculate the percentage yield of the reaction. 24

25. المواد المحددة للتفاعل Limiting Reactants
Answer:
1- C₄H₁₀ + O₂ → CO₂ H₂O
2- C₄H₁₀ + O₂ → 4 CO₂ H₂O
C₄H₁₀ /2 O₂ → 4 CO₂ H₂O
3- to assign the limiting reagent, we write:
58 g g
11.6 g x g
The needed amount of oxygen= (11.6x208)/58 = 41.6g
So, Butane is the limiting reactant . 25

26. المواد المحددة للتفاعل Limiting Reactants
Answer:
4- To calculate the theoretical yield, we write:
C₄H₁₀ /2 O₂ → 4 CO₂ H₂O
58 g x 44 g
11.6 g y g
The theoretical yield= (11.6 x 176)/ 58= 35.2 g
5- to calculate the percentage yield, we write:
The percentage yield=(actual yield/ theoretical yield)x100
The percentage yield = (30/35.2)x100 = 85.22% 26

27. المواد المحددة للتفاعل Limiting Reactants
Example:
Part of the SO2 that is introduced into the atmosphere ends up being converted to sulfuric acid, H2SO4. The net reaction is:
2SO2(g) + O2(g) + 2H2O(l)  2H2SO4(aq)
Answer:
How much H2SO4 can be formed from 5.0 mol of SO2, 1.0 mol O2, and an unlimited quantity of H2O?
Assign the limiting reagent of the reaction 27

28. المواد المحددة للتفاعل Limiting Reactants
2SO2(g) + O2(g) + 2H2O(l)  2H2SO4(aq)
2mol mol mol
1 mol mol
- The amount of H2SO4 in grams= 2x98 = 196 g
- Oxygen is the limiting reagent in the reaction. 28

29. المواد المحددة للتفاعل Limiting Reactants
Consider the following reaction:
2Na3PO4(aq) + 3Ba(NO3)2(aq)  Ba3(PO4)2(s) + 6NaNO3(aq)
Suppose that a solution containing 3.50 g of Na3PO4 is mixed with a solution containing 6.40 g of Ba(NO3)2. How many grams of Ba3(PO4)2 can be formed? What is the % yield, if experimentally, only 4.70 g were obtained from the reaction?
Solution
At first, it must determine which of reactants is completely
consumed and is therefore the limiting reactant. The
quantity of this reactant, in turn, will determine the quantity of
Barium Phosphate Ba3(PO4)2 29

30. It is needed a grams-to-moles conversion factor to convert from the given reactant masses and moles-to-grams factor to convert to the desired product mass. The quantity of excess reactant can be calculated as the difference between the given mass of this reactant and the mass consumed (reacted) in the reaction
The balanced equation is given as following:
2 Na3PO4(aq) + 3Ba(NO3)2(aq)  Ba3(PO4)2(s) + 6NaNO3(aq)
It can identify the limiting reactant by finding the number of moles Barium Phosphate Ba3(PO4)2 produced by assuming first one reactant, and then the other is as the limiting reactant.
No. moles Na3PO4 = moles (MW of Na3PO4 = 164)
No. moles Ba(NO3)2 = moles (MW of Ba(NO3)2 = 261)
0.021 moles Na3PO4 produce moles of Ba3(PO4)2
0.025 moles Ba(NO3)2 produce moles of Ba3(PO4)2
Because the amount of product in the second calculation [0.008 mol
Ba3(PO4)2] is smaller than (0.021 mol Ba3(PO4)2), thus the Barium
Nitrate is the limiting reactant. So thus when mol of Ba3(PO4)2
has been formed, a quantity mol of Ba(NO3)2is completely
Consumed and the reaction stops, producing a specific mass of
Ba3(PO4)2

31. المواد المحددة للتفاعل Limiting Reactants
Having found that the amount of product is mol Ba3(PO4)2, thus the mass of Ba3(PO4)2 is 3.7 grams.
Number of moles of reacted Na3PO4 is moles. The mass of Na3PO4 is 2.8 grams the unreacted of Na3PO4 is 0.71 gr.
The theoretical yield = 4.99 gr. Ba3(PO4)2
[MW of Ba3(PO4)2= 601]
The experimental yield = 4.70 gr. Ba3(PO4)2
The percentage yield = (4.70 / 4.99)x100 = 94.2 %

32. The End of Chapter 3 The test will cover Chapters 1-3, Scheduled Homework: 3.9, 3.11, 3.15, 3.17, 3.19, 3.21, 3.25, 3.27, 3.31, 3.33, 3.43, 3.47