Egyszerű és többszörös szén-szén kötések elektronikus koncepciói
A modern fogalmak szerint a két atom közötti kémiai kötés kialakulásának feltétele az elektronok felhőinek átfedése. Az elektron kötést képez abban a irányban, amelyben a felhő legnagyobb része található, úgyhogy a két kötő elektron felhői maximális átfedése valósul meg.
Egyszerű csatolás esetén (egyetlen valence-vonallal ábrázolva) a maximális átfedés egy két atomot összekötő egyenes mentén történik (8. Egy ilyen kovalens kötést nevezünk # 963; -csatlakozás és elektronok. generátorai, - # 963; -elektronok.
Egy etán molekulában. például hét van # 963; -csatlakozások
amelyek egymáshoz képest 109 ° 28 'szögben vannak elhelyezve. Az ilyen vegyületekben lévő szénatomok az első valenciaállapotban (sp3-hibridizáció) vannak.
Az etilén molekulájában. amint azt a fizikai vizsgálati módszerek állapítják meg, öt # 963; -csatlakozások 120 ° -os szögben vannak egymáshoz képest és ugyanabban a síkban vannak:
Az etilénben lévő kötések ilyen elrendezésével azonban mindegyik szénatomhoz egy párosítatlan elektron marad. Egyetlen másodperc alatt nem állhatnak a szénatomok között # 963; -connection, mivel ez a Pauli-elv megsértésével járna. Ezért az ilyen párosítatlan szénatomok elektronjai minőségi szempontból eltérő kapcsolatot alakítanak ki. A két elektronfelhő átfedése úgy történik, hogy a felhők nyolc része merőleges a síkra, amelyben az etilénmolekula mind a hat atomja található (9. Az ilyen kapcsolatot π-kötésnek és elektronoknak nevezik. generátorai π-elektronok. Mivel feltételezzük, hogy # 963; -együtteseket egy etilén molekulában jönnek létre hibridizált elektronok részvételével. egy π-kötés - a „tiszta” p-elektronok (.. azaz négy elektron minden egyes szénatom hibridizáltuk egy s-elektron, és csak kettő a három p-elektronok), a hibridizáció az elektronok a szénatomok egy etilén molekula nevezzük SP 2 hibridizáció.
Az etilénmolekula szerkezete vázlatosan is ábrázolható, amint azt a 2. ábrán mutatjuk. 10.
Az acetilénmolekulában a szén a harmadik valenciaállapotban van. Ebben a molekulában mind a négy atom ugyanazon a vonalon és a szögek között helyezkedik el # 963; kötések 180 ° (sp hibridizáció). A két π-kötés elektron-felhője egymást keresztező, egymásra merőleges síkok mentén helyezkedik el (11. Így a fent említett képi ábrázolások szerint az etilénmolekulában és az acetilén molekulában három szén-szén kötés nem azonos az elektronikus szerkezetükben. Eddig azonban nincsenek ismert kémiai vagy fizikai kísérleti tények, amelyek megerősítenék ezt a különbséget. Az a tény, hogy a szénatomok. kettős kötéssel kapcsolódnak. csak két hidrogénatomot tud csatolni. halogén stb., hogy az egyik szén-szén kötés megmaradjon, könnyen egyetért abban a feltételezéssel is, hogy mindkét szén-szén kötés azonos. Valójában, ha ezen azonos szén-szén kötések egyike kapcsolódik például két hidrogénatomhoz. akkor ennek következtében a második fennmaradó szén-szén kötés jellege megváltoztathatja az iont. amely különbözik az eredeti vegyület két meglévő több kötésétől, erősebb lehet, mint mindegyik. E feltételezés alapján megmagyarázható, hogy a kettős kötés miért csak kettőt köt össze, és háromszoros kapcsolatot csak négy ekvivalens.
A különbség csatlakozások lehet megállapítani fizikai módszerekkel tanulmányozása ami fontos, például energia meghatározásában a C-C, C = C és S≡S energia értékei azok a kapcsolatok rendre 79,3; 140,5; 196,7 kcal / mol (átlagértékek). Amint látható, amikor a második szénatomok közötti kötés keletkezik, a két atom közötti teljes kötési energia nem kétszer akkora, hanem csak 61,2 kcal / mol; ezért arra a következtetésre jutunk, hogy a π-kapcsolás gyengébb # 963; kommunikáció. Még kevesebb a harmadik kötésben lévő szénatomok közötti kötési energia (56,2 kcal / mol).
Ezekből az adatokból azonban még mindig lehetetlen egyértelmű következtetést levonni a különbségekről # 963; - és π-kapcsolatok. Szigorúan megfogalmazva, a két atom közötti kötési energia adott növekedési üteme eltérést jelezhet # 963; - és pi-kötések csak akkor, ha az előre feltételezte, hogy az energia egy egyszerű C-C kötés, legalábbis nem változik, ha ez bekövetkezik, közel a második link (futólag C-C ----- > C = C), majd a harmadik. Az előzetes feltételezés nélkül nem lehet vitatkozni a különbségről # 963; - és π-kötések a képződésük csökkentett energiaértékével.
Ezekben az esetekben, amikor a kapcsolat az atomok között van. különböző az elektronegativitásban. polarizált, azaz elektronok. a generátorai az elektronelektromos atom felé tolódnak el. Ebben az esetben a π-kötés polarizációja mindig nagyobb, mint a polarizáció # 963; -Connection kötődik ugyanazon atomokhoz. Ugyanakkor ilyen polarizációval az elektronok nem térnek át teljes mértékben az atom elektronhéjjától a másik héjáig.
Polarizált π-kötés lehet tekinteni, mint egy példa a karbonilcsoport> C = O alapján kísérleti vizsgálatok a dipólusmomentum a nagyszámú aldehidek és ketonok ismert, hogy a dipólus momentuma karbonilcsoport körülbelül 2,7 D. Az is ismert, hogy a dipólmomentum # 963; -bond C-O (kutatás osnovan.ii éterek) értéke 1,2 D. Ha a polarizáció a π-kapcsolat van ugyanabban a sorrendben, mint a karbonilcsoport várható lenne dipólmomentum. 1,2 + 1,2 = 2,4 D. Ugyanakkor a karbonilcsoport dipólus pillanata ténylegesen meghaladja ezt az értéket, következésképpen a π-kötés polarizálódott, mint # 963; -Sommunikáció. Ha viszont feltételezzük, hogy a π-kötés a határig polarizálódik, és következésképpen a karbonilcsoportban hétpólusú kötés van
Ebben az esetben az egyik elvár dipólmomentum körülbelül 5,7D (# 956 = 4,774 × 10 -10 el.-st. egység x 1,2 · 10 -8 cm = 5,7288D.). Következésképpen a karbonilcsoportban csak a π-kötés részleges polarizálódása van. Ez általában az alábbiak szerint jelenik meg:
Az ívelt nyíl mutatja az n-elektronok elmozdulási irányát, vagyis a π-kötés polarizációjának irányát.
Ennek eredményeként ez a polarizáció (és részben a polarizáció is) # 963; kötés), a szén szerez valami (részleges) pozitív töltést, és az oxigénatom - negatív töltés:
Ezeknek a töltéseknek a jelenléte nagymértékben meghatározza a karbonilvegyületek kémiai viselkedését (addíciós reakciók, szubsztitúció stb.).