ANGLIES ATOMAS: CHARAKTERISTIKOS, STRUKTŪRA, HIBRIDIZACIJA - CHEMIJA - 2025

Anglies atomas yra bene svarbiausias ir simbolizuoja visų elementų, nes dėka jo gyvenimo egzistavimas yra įmanoma. Jis savaime apgaubia ne tik keletą elektronų arba branduolį su protonais ir neutronais, bet ir žvaigždžių dulkes, kurios baigiasi sujungtomis ir sudaro gyvas būtybes.

Taip pat anglies atomai randami žemės plutoje, nors jie nėra tokie gausūs, kaip metaliniai elementai, tokie kaip geležis, karbonatai, anglies dioksidas, nafta, deimantai, angliavandeniai ir kt., Jie yra dalis žemės plutos. jo fizikinės ir cheminės apraiškos.

Šaltinis: Gabrielis Bolívaras

Bet kaip yra anglies atomas? Netikslus pirmasis eskizas yra tas, kuris matomas aukščiau esančiame paveikslėlyje, kurio savybės aprašytos kitame skyriuje.

Anglies atomai teka per atmosferą, jūras, podirvį, augalus ir bet kurias gyvūnų rūšis. Didelę cheminę įvairovę lemia didelis jo ryšių stabilumas ir būdas išdėstyti juos erdvėje. Taigi, jūs turite, viena vertus, lygų ir tepantį grafitą; ir, kita vertus, deimantas, kurio kietumas pranoksta daugelio medžiagų kietumą.

Jei anglies atomas neturėtų jam būdingų savybių, organinė chemija visiškai neegzistuotų. Kai kurie vizionieriai joje mato naujas ateities medžiagas, kurdami ir funkcionalizuodami savo allotropines struktūras (anglies nanovamzdeliai, grafenas, fullenai ir kt.).

Anglies atomo charakteristikos

Anglies atomą simbolizuoja raidė C. Jo atominis skaičius Z yra 6, todėl branduolyje yra šeši protonai (raudoni apskritimai su simboliu „+“). Be to, jis turi šešis neutronus (geltoni apskritimai su raide „N“) ir galiausiai šešis elektronus (mėlynos žvaigždės).

Jo atominių dalelių masių suma sudaro 12,0107 u vidutinę vertę. Tačiau atomas vaizde atitinka anglies 12 ( ¹² C) izotopą , kurį sudaro d. Kiti izotopai, tokie kaip ¹³ C ir ¹⁴ C, mažiau gausūs, skiriasi tik neutronų skaičiumi.

Taigi, jei šie izotopai būtų nupiešti, ¹³ C turėtų papildomą geltoną apskritimą, o ¹⁴ C - dar du. Tai logiškai reiškia, kad jie yra sunkesni anglies atomai.

Kokias dar savybes galima paminėti šiuo atžvilgiu? Tai yra keturvalentis, tai yra, jis gali sudaryti keturias kovalentines jungtis. Jis yra periodinės lentelės 14 grupėje (IVA), tiksliau - p bloke.

Tai taip pat labai universalus atomas, galintis jungtis su beveik visais periodinės lentelės elementais; ypač su savimi, sudarydamas linijines, šakotas ir sluoksnines makromolekules ir polimerus.

Struktūra

Kokia anglies atomo struktūra? Norėdami atsakyti į šį klausimą, pirmiausia turite pereiti prie jo elektroninės konfigūracijos: 1s ² 2s ² 2p ² arba 2s ² 2p ² .

Todėl yra trys orbitos: 1s ² , 2s ² ir 2p ² , kiekvienoje yra du elektronai. Tai taip pat galima pamatyti aukščiau esančiame paveikslėlyje: trys žiedai su dviem elektronais (mėlynomis žvaigždėmis) kiekviename (nepainiokite žiedų orbitų: jie yra orbitos).

Tačiau atkreipkite dėmesį, kad dvi žvaigždės turi tamsesnį mėlynos spalvos atspalvį nei likusios keturios. Kodėl? Nes pirmieji du atitinka vidinį 1s ² o sluoksnį , kuris tiesiogiai nedalyvauja formuojant cheminius ryšius; tuo tarpu elektronai išoriniame apvalkale, 2s ir 2p, daro.

S ir p orbitalės neturi vienodos formos, todėl iliustruotas atomas nesutampa su tikrove; be didelės atstumo tarp elektronų ir branduolio neproporcingos proporcijos, kuri turėtų būti šimtus kartų didesnė.

Todėl anglies atomo struktūrą sudaro trys orbitos, kuriose elektronai „ištirpsta“ į neryškius elektroninius debesis. Tarp branduolio ir šių elektronų yra atstumas, kuris atveria didžiulį „tuštumą“ atomo viduje.

Hibridizacija

Anksčiau buvo minėta, kad anglies atomas yra keturvalentis. Pagal savo elektroninę konfigūraciją, jos 2s elektronai yra suporuoti, o 2p nėra suporuoti:

Šaltinis: Gabrielis Bolívaras

Yra viena prieinama p orbitalė, kuri yra tuščia ir užpildyta papildomu elektronu azoto atome (2p ³ ).

Pagal kovalentinės jungties apibrėžimą, būtina, kad kiekvienas atomas sudarytų elektroną, kad jo susidarytų; tačiau galima pastebėti, kad esant anglies atomo pagrindinei būklei, jis turi tik du neporinius elektronus (po vieną kiekvienoje 2p orbitalėje). Tai reiškia, kad šioje būsenoje jis yra dvivalentis atomas, todėl sudaro tik du ryšius (–C–).

Taigi kaip anglies atomas gali sudaryti keturias jungtis? Norėdami tai padaryti, turite skatinti elektroną iš 2s orbitos į aukštesnės energijos 2p orbitalę. Tai atlikus, susidariusios keturios orbitalės išsigimsta; kitaip tariant, jie turi tą pačią energiją ar stabilumą (atkreipkite dėmesį, kad jie būtų išlyginti).

Šis procesas yra žinomas kaip hibridizavimas, kurio dėka anglies atomas dabar turi keturias sp ³ orbitalės, po vieną elektroną, sudarydamas keturias jungtis. Taip yra dėl to, kad jis yra tetravalentinis.

sp

Kai anglies atomas hibridizuojasi sp ³ , jis nukreipia savo keturis hibridinius orbitalius į tetraedro viršūnes, tai yra jo elektroninė geometrija.

Taigi sp ³ anglis gali būti identifikuojama, nes ji sudaro tik keturis paprastus ryšius, kaip ir metano molekulėje (CH ₄ ). Aplink tai galima pastebėti tetraedrinę aplinką.

Sp ³ orbitų persidengimas yra toks efektyvus ir stabilus, kad viengubos jungties CC entalpija yra 345,6 kJ / mol. Tai paaiškina, kodėl yra begalinės karbonato struktūros ir neišmatuojamas organinių junginių skaičius. Be to, anglies atomai gali sudaryti ir kitų rūšių ryšius.

sp

Šaltinis: Gabrielis Bolívaras

Anglies atomas taip pat geba priimti kitas hibridizacijas, kurios leis jam sudaryti dvigubą ar net trigubą jungtį.

SP ² hibridizacija , kaip matyti paveikslėlyje, yra trys degeneruoti sp ² orbitalės ir vienas 2p orbitos nesikeičia arba "grynos". Kai trys sp ² orbitalės yra 120º atstumu vienas nuo kito, anglis sudaro tris kovalentinius ryšius, brėžiančius trigonaliosios plokštumos elektroninę geometriją; o statant 2p orbitalę statmenai kitiems trims, ji sudaro π ryšį: –C = C–.

Sp hibridizacijos atveju yra dvi sp orbitalės, esančios 180º atstumu viena nuo kitos, tokiu būdu, kad jos nubrėžtų tiesinę elektroninę geometriją. Šį kartą jie turi dvi grynas 2p, statmenas viena kitai, orbitas, kurios leidžia angliai sudaryti trigubus ryšius arba du dvigubus ryšius: –C≡C– arba ·· C = C = C ·· (centrinė anglis turi sp hibridizaciją ).

Atminkite, kad visada (paprastai), jei jungiamos jungtys aplink anglį, bus nustatyta, kad skaičius yra lygus keturiems. Ši informacija yra būtina piešiant Lewiso ar molekulines struktūras. Anglies atomas, formuojantis penkias jungtis (= C≡C), yra teoriškai ir eksperimentiškai nepriimtinas.

klasifikacija

Kaip klasifikuojami anglies atomai? Tai daugiau nei klasifikacija pagal vidines charakteristikas, bet iš tikrųjų priklauso nuo molekulinės aplinkos. Tai yra, molekulėje jos anglies atomai gali būti klasifikuojami taip:

Pirminė

Pirminė anglis yra ta, kuri yra sujungta tik su viena kita anglimi. Pavyzdžiui, etano molekulė, CH ₃ -CH ₃ susideda iš dviejų sujungtų pirminių anglies atomų. Tai rodo anglies grandinės pabaigą arba pradžią.

Antrinis

Tai yra tas, kuris yra susietas su dviem anglimis. Taigi, propano molekulės, CH ₃ - CH ₂ -CH ₃ , per vidurį anglies atomas yra antrinė (metileno grupė, -CH ₂ -).

Tretinis

Tretiniai angliavandeniai skiriasi nuo kitų, nes iš jų išeina pagrindinės grandinės šakos. Pavyzdžiui, 2-metilbutanas (taip pat vadinamas izopentanas), CH ₃ - CH (CH ₃ ) -CH ₂ -CH ₃ turi tretinio anglies paryškintos.

Ketvirtinis

Galiausiai, ketvirtiniai angliavandeniliai, kaip rodo jų pavadinimas, yra susiję su kitais keturiais anglies atomais. Neopentano molekulė C (CH ₃ ) ₄ turi ketvirtinį anglies atomą.

Programos

Atominės masės vienetas

Vidutinė ¹² C atominė masė naudojama kaip standartinis matas apskaičiuojant kitų elementų masę. Taigi vandenilis sveria vieną dvyliktą šio anglies izotopo, kuris naudojamas apibrėžti tai, kas vadinama atominės masės vienetu u.

Taigi kitas atomines mases galima palyginti su ¹² C ir ¹ H masėmis. Pavyzdžiui, magnis ( ²⁴ Mg) sveria maždaug dvigubai daugiau nei anglies atomas ir 24 kartus daugiau nei vandenilio atomas.

Anglies ciklas ir gyvenimas

Augalai absorbuoja CO ₂ fotosintezės metu, kad išleistų deguonį į atmosferą ir veiktų kaip augalų plaučiai. Mirdami jie tampa medžio anglimi, kuri sudegus _vėl išskiria CO ₂ . Viena dalis grįžta į augalus, bet kita patenka į jūros dugną, maitindama daugybę mikroorganizmų.

Mikroorganizmams mirus, jų biologinio skilimo nuosėdose likusi kieta medžiaga ir po milijonų metų virsta vadinamąja nafta.

Kai žmonija naudoja šį aliejų kaip alternatyvų anglies deginimo energijos šaltinį, jis prisideda prie daugiau CO ₂ (ir kitų nepageidaujamų dujų) išsiskyrimo.

Kita vertus, gyvenimas naudoja anglies atomus nuo pat dugno. Taip yra dėl jo ryšių stabilumo, kuris leidžia jam sudaryti grandines ir molekulines struktūras, sudarančias makromolekules, ne mažiau svarbias kaip DNR.

NMR spektroskopija

Nors ¹³ C yra žymiai mažesnė ¹² C dalis, jų gausu, kad būtų galima išaiškinti molekulines struktūras branduolinio magnetinio rezonanso spektroskopijos anglimi 13.

Šios analizės metodo dėka galima nustatyti, kurie atomai supa ¹³ C ir kurioms funkcinėms grupėms jie priklauso. Taigi galima nustatyti bet kurio organinio junginio anglies skeletą.

Nuorodos

1. Grahamas Solomonsas TW, Craigas B. Fryhle'as. Organinė chemija. Aminai. (10-asis leidimas.) „Wiley Plus“.
2. Blake D. (2018 m. Gegužės 4 d.). Keturios anglies savybės. Atgauta iš: sciencing.com
3. Karališkoji chemijos draugija. (2018 m.). Anglis. Paimta iš: rsc.org
4. Evoliucijos supratimas. (sf). Anglies atomo kelionė. Atkurta iš: evolution.berkeley.edu
5. „Encyclopædia Britannica“. (2018 m. Kovo 14 d.). Anglis. Atkurta iš: britannica.com
6. Pappas S. (2017 m. Rugsėjo 29 d.). Faktai apie anglį. Atkurta iš: livescience.com