Szénatom jellemzői, szerkezete, hibridizációja, osztályozása



az szénatom Talán az összes elem legfontosabb és emblematikusabb, mert ennek köszönhetően lehetséges az élet létezése. Önmagában nemcsak néhány elektronot, vagy egy protont és neutronot tartalmazó magot foglal magában, hanem csillagcsillagot is, amely végül beágyazódik és élőlényeket képez.

Emellett a földkéregben a szénatomok is megtalálhatók, bár a fémelemekkel, mint például a vas, a karbonátok, a szén-dioxid, az olaj, a gyémántok, a szénhidrátok stb. fizikai és kémiai megnyilvánulásai.

De hogyan van a szénatom? Az első pontatlan vázlat a fenti képen látható, amelynek jellemzőit a következő részben ismertetjük.

A szénatomok áthaladnak a légkörön, a tengeren, az altalajon, a növényeken és bármely állatfajon. Nagy kémiai sokfélesége a kapcsolatok magas stabilitásának és az űrben történő rendelésének köszönhető. Így egyrészt a sima és kenőanyag grafit; és másrészt a gyémánt, amelynek keménysége meghaladja a sok anyagot.

Ha a szénatom nem rendelkezik a jellemzőkkel, akkor a szerves kémia nem lenne teljes. Néhány látnok látja benne a jövő új anyagait, allotrop szerkezeteinek (szén nanocsövek, grafén, fullerének stb.) Tervezésével és funkcionalizálásával..

index

  • 1 A szénatom jellemzői
  • 2 Szerkezet
  • 3 Hibridizáció
    • 3.1 sp3
    • 3.2 sp2 és sp
  • 4 Osztályozás
    • 4.1 Elsődleges
    • 4.2 Másodlagos
    • 4.3 Tercier
    • 4.4 Kvaterner
  • 5 Felhasználások
    • 5.1 Atomtömegegység
    • 5.2 Szén-ciklus és az élet
    • 5,3 13C NMR spektroszkópia
  • 6 Referenciák

A szénatom jellemzői

A szénatomot C betű jelöli. A Z atom atomszáma 6, ezért hat protonja van (piros körök a "+" szimbólummal a magban). Ezen kívül hat neutronja van (sárga körök az "N" betűvel) és végül hat elektron (a kék csillag).

Atomrészecskék tömegeinek összege 12,0107 u. Azonban a képben lévő atom megfelel a 12 szénatomos izotópnak (12C), amely d. Egyéb izotópok, például 13C és 14A C, kevésbé bőséges, csak a neutronok számában változik.

Tehát, ha ezeket az izotópokat rajzolod 13A C-nek további sárga kör lenne, és a 14C, még két. Ez logikusan azt jelenti, hogy nehezebb szénatomok.

Emellett milyen egyéb jellemzők is említhetők ebben a tekintetben? Tetravalens, azaz négy kovalens kötést képezhet. A periodikus táblázat 14. csoportjában (ÁFA) található, pontosabban a p.

Ez is egy nagyon sokoldalú atom, amely képes összekapcsolni a periódusos táblázat szinte minden elemével; különösen önmagában, makromolekulákat és lineáris, elágazó és lamellás polimert képezve.

struktúra

Mi a szénatom szerkezete? A kérdés megválaszolásához először az elektronikus konfigurációra kell lépnie: 1s22s22p2 vagy [2]22p2.

Ezért három orbita létezik: az 1-esek2, a 2-es évek2 és a 2p2, mindegyiknek két elektronja van. Ez látható a fenti képen is: három gyűrű két elektron (kék csillag) mindegyikével (ne keverje össze a gyűrűket a pályán: orbitális).

Ne feledje azonban, hogy a csillagok közül kettő sötétebb kék árnyalatú, mint a másik négy. Miért? Mivel az első kettő az 1s belső rétegnek felel meg2 vagy [Ő], amely nem vesz részt közvetlenül a kémiai kötések kialakításában; míg az elektronok a külső rétegben, 2s és 2p, nem.

Az s és p orbiták nem azonos formájúak, így az ábrázolt atom nem a valóságnak felel meg; az elektronok és a mag közötti távolság nagy aránya mellett, amely több százszor nagyobbnak kell lennie.

Ezért a szénatom szerkezete három orbitából áll, ahol az elektronok "elolvadnak" a diffúz elektronikus felhőkbe. És a mag és az elektronok között van egy olyan távolság, amely lehetővé teszi számunkra, hogy megnézzük a hatalmas "ürességet" az atomon belül.

hibridizáció

Korábban említettük, hogy a szénatom tetravalens. Elektronikus konfigurációja szerint a 2s elektronjai párosítva vannak, és a 2p elektronok páratlanok:

Van egy rendelkezésre álló p orbitál, amely üres, és egy további elektron töltődik a nitrogénatomban (2p3).

A kovalens kötés definíciója szerint szükséges, hogy az atomok képződjenek egy elektronot; Ez azonban megfigyelhető alapállapot a szénatomnak alig van két páratlan elektronja (az egyik a 2p-es pályán). Ez azt jelenti, hogy ebben az állapotban kétértékű atom, ezért csak két kötést alkot (-C-).

Szóval, hogy lehetséges, hogy a szénatom négy kötést alkot? Ehhez elő kell mozdítania egy elektronot a 2-es évek orbitálisánál a 2p-es magasabb energiapályához. Ez megtörtént, a négy eredő pálya degenerált; más szavakkal, ugyanolyan energiájuk vagy stabilitásuk van (vegye figyelembe, hogy azok igazodnak).

Ezt a folyamatot hibridizációnak nevezik, és ennek köszönhetően a szénatomnak négy orbitális sp3 egy elektron mindegyikével négy linket alkot. Ez annak oka, hogy tetravalens.

sp3

Amikor a szénatom sp-hibridizációval rendelkezik3, A négy hibrid pályáját a tetraéder csúcsaira kell irányítani, amely az elektronikus geometriája.

Tehát azonosíthatsz egy szénspektrumot3 mert csak négy egyszerű kötést képez, mint a metán molekulában (CH4). És körülötte egy tetraéderes környezet figyelhető meg.

A sp orbitálisok átfedése3 annyira hatékony és stabil, hogy az egyszerű C-C kötés entalpiája 345,6 kJ / mol. Ez magyarázza, hogy miért vannak végtelen széntartalmú szerkezetek és mérhetetlen számú szerves vegyület. Ezen kívül a szénatomok más típusú kötéseket is képezhetnek.

sp2 és sp

A szénatom más hibridizációkat is képes elfogadni, amely lehetővé teszi, hogy kettős vagy akár hármas kötést képezzen.

Sp hibridizációban2, Amint a képen látható, három sp orbita létezik2 degenerált és egy 2p-es pálya változatlan vagy „tiszta” marad. A három sp orbitonnal2 elválasztva 120 ° -ot, a szén három kovalens kötést hoz létre egy trigonális sík elektronikus geometriájának rajzolásával; míg a másik háromhoz képest merőleges 2p orbitális kötés π: -C = C-.

A sp-hibridizáció esetében két sp orbitált, amelyek 180 ° -ot választanak el, így lineáris elektronikus geometriát rajzolnak ki. Ezúttal két tiszta 2p-es orbitáik vannak egymásra merőlegesek, amelyek lehetővé teszik, hogy a szén hármas kötést vagy két kettős kötést képezzen: -C≡C- vagy ·· C = C = C · (a központi szénnek van hibridizációja) ).

Ne feledje, hogy mindig (általában), ha a linkeket hozzáadja a szénhez, úgy találja, hogy a szám négy. Ez az információ elengedhetetlen Lewis struktúrák vagy molekuláris szerkezetek rajzolásához. Az öt kötést alkotó szénatom (= C≡C) elméletileg és kísérletileg elfogadhatatlan.

besorolás

Hogyan osztályozzák a szénatomokat? Több, mint a belső jellemzők szerinti besorolás, valójában a molekuláris környezettől függ. Ez azt jelenti, hogy egy molekulán belül a szénatomja a következőképpen osztályozható.

elsődleges

Az elsődleges szén csak egy másik szénhez kapcsolódik. Például az etán molekula, CH3-CH3 két kötött primer szénből áll. Ez jelzi a szénlánc végét vagy kezdetét.

másodlagos

Ez két szénhez kapcsolódik. Tehát a propánmolekula esetében CH3-CH2-CH3, a közeg szénatomja szekunder (a metiléncsoport, -CH2-).

harmadlagos

A tercier szénatomok eltérnek a többiektől, mert ezekből a fő lánc ágai keletkeznek. Például 2-metil-bután (isopentán), CH3-CH(CH3) -CH2-CH3 Tercier szénnel van kiemelve vastag betűvel.

kvaterner

És végül a kvaterner szénatomok, amint azt a neve is jelzi, négy másik szénatomhoz kapcsolódnak. A neopentán molekula, C(CH3)4 egy kvaterner szénatomot tartalmaz.

alkalmazások

Atomtömegegység

Az átlagos atomtömeg. \ T 12A C elemet a többi elem tömegének kiszámításához használják. Így a hidrogén ennek a szén-izotópnak a tizenkettedikét súlyozza, amelyet arra használnak, hogy meghatározzuk az úgynevezett atomsúly egység u.

Így a többi atomtömeg összehasonlítható a 12C és a 1H. Például magnézium (24Mg) körülbelül kétszer annyi, mint egy szénatom, és 24-szer több, mint egy hidrogénatom.

Szén-ciklus és az élet

A növények elnyelik a CO-t2 a fotoszintézis folyamatában az oxigén felszabadulása a légkörbe és növényi tüdőként viselkedik. Amikor meghalnak, azok faszénré válnak, amelyek az égés után a CO-t kibocsátják2. Az egyik rész visszatér a növényekhez, de a másik a tengerfenékbe jut, és sok mikroorganizmust táplál.

Amikor a mikroorganizmusok meghalnak, a fennmaradó szilárd anyag biológiai bomlási üledékeiből és millió évek után átalakul az úgynevezett olajnak..

Amikor az emberiség ezt az olajat alternatív energiaforrásként használja a szénégetéshez, hozzájárul a több CO kibocsátásához2 (és más nemkívánatos gázok).

Másrészt az élet a szénatomokat használja alapjainak legmélyebb részéből. Ennek oka a kötések stabilitása, ami lehetővé teszi, hogy olyan láncokat és molekuláris szerkezeteket képezzen, amelyek olyan makromolekulákat alkotnak, mint a DNS.

NMR-spektroszkópia 13C

az 13C, bár sokkal kisebb arányban van, mint a 12C, annak bősége elegendő a molekuláris struktúrák karbonát-13 magmágneses rezonancia spektroszkópiával történő tisztázásához.

Ennek az elemzési technikának köszönhetően megállapítható, hogy mely atomok vannak körülvéve 13C és mely funkcionális csoportokba tartoznak. Így meghatározható bármely szerves vegyület szénváza.

referenciák

  1. Graham Solomons T. W., Craig B. Fryhle. Szerves kémia. Aminok. (10. kiadás.) Wiley Plus.
  2. Blake D. (2018. május 4.). A szén négy jellemzője. A lap eredeti címe: sciencing.com
  3. Királyi Kémiai Társaság. (2018). Carbon. Szedve: rsc.org
  4. Az evolúció megértése. (N.d.). Egy szénatom utazása. Lap forrása: evolution.berkeley.edu
  5. Encyclopædia Britannica. (2018. március 14.). Carbon. A lap eredeti címe: britannica.com
  6. Pappas S. (2017. szeptember 29.). Tények a szénről. A lap eredeti címe: livescience.com