ethene의 H-C-H 결합 각도는 ' 얼마입니까?
On 11월 30, 2020 by admin탄소는 $ \ mathrm {sp ^ 2} $ 혼성화되므로 평면형이며 이론적으로 $ 120 ^ \ circ $이어야합니다. 그러나 VSEPR 이론은 π 결합이 더 큰 전자 반발력으로 인해 “더 많은 공간이 필요”할 것이라고 제안합니다. 결과적으로 $ \ ce {H-C-H} $ 결합 각도가 더 작아집니다. 그러나 π 결합이 분자의 평면을 벗어 났기 때문에 이것이 실제로 발생합니까?
답변
에텐의 HCH 결합 각도는 ca. 117도이고 HCC 각도는 ca. 121.5 도입니다. ethene에서이 각도 변형을 설명하기 위해 결합 된 두 가지 이유가 있습니다.
First ,이 결합에서 각도와 Coulson의 정리 ( ref_1 , ref_2 )는 CH 시그마가 채권은 $ \ ce {sp ^ {2.2}} $ 혼성화되고 CC 시그마 채권은 $ \ ce {sp ^ {1.7}} $ 혼성화됩니다.
이러한 혼성화 지수에서 지수는 지수입니다. $ \ ce {sp ^ {n}} $ 표현식에서 “n”) CC 시그마 본드가 CH 본드보다 더 높은 s- 문자 함량 (1 파트 s ~ 1.7 파트 p-37 % s)을 가짐을 알 수 있습니다 (1 부품 s ~ 2.2 부품 p-31 % s) CC 결합에 더 많은 s 특성이 있기 때문에 에너지가 낮고 탄소 시그마 전자가이 낮은 에너지 CC 결합을 향해 흐르는 경향이 있습니다. 결과적으로 CC 시그마 결합 CH 결합보다 더 많은 전자 밀도를 포함하므로 CC 시그마 결합과 CH 시그마 결합 사이의 전자 반발은 두 개의 C-H 결합 사이의 전자 반발. 따라서 H-C-C 결합 각도는 $ \ ce {sp ^ {2}} $ 이상인 120도에서 약간 열리고 H-C-H 각도는 결합 결합 정전기 반발을 최소화하기 위해 약간 닫힙니다.
두 번째 , 입체 인자 (이는 전자-전자 반발을 설명하는 또 다른 방법이기도합니다) 또한 작용할 수 있습니다. cis HCCH 수소-수소 반발이 geminal HCH 수소-수소 반발보다 더 불안정 해지면 CCH 결합 각도를 높이고 HCH 결합 각도를 줄이는 역할도합니다.
댓글
- 첫 번째 진술은 완전히 사실이 아닙니다. 파이 본드는 본드 거리에 영향을 미치기 때문에 궤도가 직교하더라도 시그마 본드 형성 궤도의 중첩에 영향을 미치므로 시그마 시스템에도 영향을 미칩니다. 관찰 설명이 Bent '의 규칙 으로 제공됩니다.
- @Martin Excellent point Martin , 나는 ' 내 대답을 편집 할 것입니다.
- 파이 전자가 CH 시그마 전자를 격퇴합니까?
- @Dissenter 예, 그렇습니다.
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- @Dissenter 파이 구름의 " 상단 "에있는 전자 밀도는 CH 결합 전자를 밀어 내고 아래로 밀어; 하지만 파이 클라우드의 " 하단 "이이를 밀어 올립니다. 대칭에 의해 이러한 효과는 취소되어야하며 결과는 파이 구름으로 인한 순 업-다운 C-H 변형이 없습니다. 또한 대칭으로 인해 파이 클라우드는 CH 결합을 밖으로 또는 안으로 밀어 넣을 수 없습니다.
Answer
강력하게 단순화 된 VSEPR 모델에서는 탄소 원자가 수소 원자보다 크므로 $ \ ce {CH2} $ 그룹이 각 수소보다 더 많은 공간을 요청한다는 점에 주목하여 동일한 결론에 도달 할 수 있습니다. 이것을 $ \ angle (\ ce {HCC}) = 111.17 ^ \ circ $ 인 에탄 $ \ ce {H3C-CH3} $와 비교할 수 있습니다. $ 109.5 ^ \ circ $의 이상적인 사면체 각도에서 약간 벗어나지 만 π 시스템에서 편차를 설명합니다. 수학을 올바르게했다면 $ \ angle (\ ce {H-C-H}) = 107.72 ^ \ circ $가됩니다. 에탄의 편차는 실제로 에텐의 편차보다 커서 입체적 요인이 우세 함을 나타냅니다.
그림 1 : 결합 길이 및 각도를 포함한 Ethane의 구조. 저자의 전체 목록이 제공되는 Wikipedia 에서 가져 왔습니다.
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