Karbonatets egenskaper, struktur, hybridisering, klassificering



den kolatom Det är kanske det viktigaste och symboliska för alla element, för tack vare det är livets existens möjligt. Det omsluter i sig inte bara några elektroner, eller en kärna med protoner och neutroner, men också stjärnstoft som slutar integreras och bildar levande varelser.

Dessutom finns kolatomer i jordskorpan, men inte med en överflöd som är jämförbar med metalliska element som järn, karbonater, koldioxid, olja, diamanter, kolhydrater etc. är en del av dess fysiska och kemiska manifestationer.

Men hur är kolatomen? En första felaktig skiss är den som observeras i bilden ovan, vars egenskaper beskrivs i följande avsnitt.

Kolatomer reser genom atmosfären, haven, underjorden, växterna och alla djurarter. Dess stora kemiska mångfald beror på den höga stabiliteten hos sina länkar och hur de beställs i rymden. Således har den å ena sidan den släta och smörjande grafiten; och å andra sidan diamanten, vars hårdhet överstiger det hos många material.

Om kolatomen inte hade de egenskaper som karakteriserar den, skulle organisk kemi inte existera helt. Vissa visionärer ser det fram i framtiden, genom design och funktionalisering av dess allotropa strukturer (kolnanorör, grafen, fullerener etc.).

index

  • 1 Karakteristik av kolatomen
  • 2 struktur
  • 3-hybridisering
    • 3,1 sp3
    • 3,2 sp2 och sp
  • 4 klassificering
    • 4,1 primärt
    • 4,2 sekundär
    • 4.3 Tertiär
    • 4.4 Kvartär
  • 5 användningar
    • 5.1 Atommassanordning
    • 5.2 Carboncykel och liv
    • 5,3 13C NMR-spektroskopi
  • 6 referenser

Karakteristika för kolatomen

Kolatomen symboliseras av bokstaven C. Dess atomnummer Z är 6, därför har den sex protoner (röda cirklar med symbolen "+" i kärnan). Dessutom har den sex neutroner (gula cirklar med bokstaven "N") och slutligen sex elektroner (de blå stjärnorna).

Summan av massorna av deras atompartiklar ger ett medelvärde av 12,0107 u. Atomen i bilden motsvarar emellertid 12-kol-isotopen (12C), som består av d. Andra isotoper, såsom 13C och 14C, mindre rikligt, varierar endast i antalet neutroner.

Så om du ritar dessa isotoper på 13C skulle ha en ytterligare gul cirkel, och 14C, ytterligare två. Detta innebär logiskt att de är tyngre kolatomer.

Förutom detta, vilka andra egenskaper kan nämnas i detta avseende? Det är tetravalent, det vill säga det kan bilda fyra kovalenta bindningar. Den ligger i grupp 14 (moms) i det periodiska tabellen, mer specifikt i block p.

Det är också en väldigt mångsidig atom som kan kopplas till nästan alla element i det periodiska bordet. speciellt med sig själv, bildande makromolekyler och linjära, grenade och lamellära polymerer.

struktur

Vad är strukturen hos en kolatom? För att svara på denna fråga måste du först gå till din elektroniska konfiguration: 1s22s22p2 eller [He] 2s22p2.

Därför finns det tre orbitaler: 1s2, 2s2 och 2p2, vardera med två elektroner. Detta kan också ses på bilden ovan: tre ringar med två elektroner (blå stjärnor) vardera (förväxla inte ringarna med banor: de är orbitala).

Observera dock att två av stjärnorna har en mörkare nyans blå än de andra fyra. Varför? Eftersom de första två motsvarar det inre skiktet 1s2 eller [Han], som inte deltar direkt i bildandet av kemiska bindningar; medan elektronerna i det yttre skiktet, 2s och 2p, gör.

S- och p-orbitalerna har inte samma form, så den illustrerade atomen är inte enligt verkligheten; förutom den stora disproportionen av avståndet mellan elektronerna och kärnan, vilket bör vara hundratals gånger större.

Därför består kolatomens struktur av tre orbitaler där elektronerna "smälter" i diffunderade elektroniska moln. Och mellan kärnan och dessa elektroner finns det ett avstånd som gör att vi kan se den enorma "tomheten" inne i atomen.

hybridisering

Det nämndes tidigare att kolatomen är tetravalent. Enligt sin elektroniska konfiguration är dess 2s-elektroner ihopkopplade och 2p-elektronerna uppackade:

Det finns fortfarande en tillgänglig p-orbital, som är tom och fylld med en ytterligare elektron i kväveatomen (2p3).

Enligt definitionen av den kovalenta bindningen är det nödvändigt att varje atom bidrar med en elektron för dess bildning; Det kan emellertid observeras att i basalt tillstånd av kolatomen har det knappt två oparmade elektroner (en i varje 2-polig orbital). Detta innebär att det i detta tillstånd är en divalent atom, och därför bildar den endast två bindningar (-C-).

Så, hur är det möjligt att kolatomen bildar fyra bindningar? För att göra detta måste du marknadsföra en elektron från 2: e bana till 2p högre energiomloppet. Detta görs, de fyra resulterande orbitalerna är degenererad; med andra ord, de har samma energi eller stabilitet (notera att de är anpassade).

Denna process kallas hybridisering, och tack vare det har nu koldioxiden fyra orbital sp3 med en elektron varje för att bilda fyra länkar. Detta beror på dess karaktäristika av att vara tetravalent.

sp3

När kolatomen har en sp-hybridisering3, Orientera sina fyra hybrid-orbitaler till en tetraeder, som är dess elektroniska geometri.

Så du kan identifiera en kolsp3 eftersom det bara bildar fyra enkla bindningar, som i metanmolekylen (CH4). Och runt detta kan man observera en tetrahedral miljö.

Överlappningen av sp orbitals3 Det är så effektivt och stabilt att den enkla C-C-bindningen har en entalpi på 345,6 kJ / mol. Detta förklarar varför det finns oändliga kolhaltiga strukturer och ett ovärderligt antal organiska föreningar. Förutom detta kan kolatomer bilda andra typer av bindningar.

sp2 och sp

Kolatomen kan även anta andra hybridiseringar, vilket gör det möjligt att bilda en dubbel eller jämn trippelbindning.

I sp hybridisering2, Såsom ses i bilden finns tre sp orbital2 degenererade och ett 2p-orbital förblir oförändrat eller "rent". Med de tre sp orbitalerna2 separeras 120º, kolet bildar tre kovalenta bindningar genom att dra en geometrisk geometri av trigonalplanet; Medan 2p-banan, vinkelrätt mot de andra tre, bildar den ett bindning π: -C = C-.

För sp hybridiseringen är det två sp orbitaler separerade 180º, så att de ritar en linjär elektronisk geometri. Den här gången har de två rena 2p-orbital, vinkelräta mot varandra, vilket gör att kolet bildar trippelbindningar eller två dubbelbindningar: -C≡C- eller ·· C = C = C ·· (det centrala kolet har sp hybridisering) ).

Observera att alltid (vanligtvis) om du lägger till länkarna runt kolet kommer du att finna att siffran är lika med fyra. Denna information är väsentlig vid ritning av Lewis-strukturer eller molekylära strukturer. En kolatom som bildar fem bindningar (= C≡C) är teoretiskt och experimentellt avvisad.

klassificering

Hur klassificeras kolatomer? Mer än en klassificering av interna egenskaper beror det i realiteten på molekylär miljö. Det vill säga att inom en molekyl kan dess kolatomer klassificeras enligt följande.

primär

Ett primärt kol är ett som endast är kopplat till ett annat kol. Exempelvis är molekylen av etan, CH3-CH3 består av två bundna primära kolatomer. Detta signalerar slutet eller början av en kolkedja.

sekundär

Det är ett som är kopplat till två kolatomer. Så, för propanmolekylen, CH3-CH2-CH3, kolatomen i mediet är sekundär (metylengruppen, -CH2-).

tertiär

De tertiära kolatomerna skiljer sig från resten eftersom de kommer från huvudkedjans grenar. Till exempel, 2-metylbutan (även kallad isopentan), CH3-CH(CH3) -CH2-CH3 Den har ett tertiärt kol med fetstil.

kvartar

Slutligen är de kvaternära kolatomerna, som namnet antyder, kopplade till fyra andra kolatomer. Neopentanens molekyl, C(CH3)4 har en kvaternär kolatom.

tillämpningar

Atommassanordning

Den genomsnittliga atommassan av 12C används som en standardmått för beräkning av massorna hos de övriga elementen. Vätgas väger således en tolfte av denna kolisotop, vilken används för att definiera vad som är känt som atommassanhet u.

Således kan de andra atommassorna jämföras med den för 12C och 1H. Exempelvis magnesium (24Mg) väger ungefär dubbelt så mycket som en kolatom och 24 gånger mer än en väteatom.

Carboncykel och liv

Växter absorberar CO2 i processen med fotosyntes att släppa ut syre i atmosfären och fungera som växtlungor. När de dör blir de kol, som efter bränning frigör CO2. En del återvänder till plantorna, men en annan hamnar i havsängarna och ger näring åt många mikroorganismer.

När mikroorganismerna dör, återstår den fasta substansen till dess biologiska sönderdelningssediment, och efter miljontals år omvandlas den till det som kallas olja.

När mänskligheten använder denna olja som en alternativ energikälla för kolförbränning, bidrar det till utsläpp av mer CO2 (och andra oönskade gaser).

Å andra sidan använder livet kolatomer från de djupaste grundarna. Detta beror på stabiliteten hos sina bindningar, vilket gör det möjligt att bilda kedjor och molekylära strukturer som utgör makromolekyler lika viktiga som DNA.

NMR-spektroskopi 13C

den 13C, även om den ligger i en mycket mindre andel än den 12C är dess överflöd tillräcklig för att belysa molekylära strukturer genom kol-13-kärnmagnetisk resonansspektroskopi.

Tack vare denna analysteknik kan det bestämmas vilka atomer som omger 13C och vilka funktionella grupper de tillhör. Således kan kolskelettet av någon organisk förening bestämmas.

referenser

  1. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. Organisk kemi. Aminer. (10: e upplagan.) Wiley Plus.
  2. Blake D. (4 maj 2018). Fyra egenskaper hos kol. Hämtad från: sciencing.com
  3. Royal Society of Chemistry. (2018). Carbon. Hämtad från: rsc.org
  4. Förstå evolutionen. (N.D.). Resan av en kolatom. Hämtad från: evolution.berkeley.edu
  5. Encyclopædia Britannica. (14 mars 2018). Carbon. Hämtad från: britannica.com
  6. Pappas S. (29 september 2017). Fakta om kol. Hämtad från: livescience.com