Wat is ' is de hoek van de H-C-H-binding in etheen?
Geplaatst op november 30, 2020 door adminDe koolstof is $ \ mathrm {sp ^ 2} $ gehybridiseerd en is daarom planair en zou theoretisch ook $ 120 ^ \ circ $ moeten zijn. De VSEPR-theorie suggereert echter dat de π -binding “meer ruimte nodig zou hebben” vanwege een grotere elektronenafstoting. Als gevolg hiervan zou de $ \ ce {H-C-H} $ bindingshoek kleiner zijn. Echter, aangezien de π -binding buiten het vlak van het molecuul is, gebeurt dit feitelijk?
Antwoord
De HCH-bindingshoek in etheen is ca. 117 graden en de HCC-hoek is ca. 121,5 graden. Er zijn twee redenen die samen deze hoekvervorming in etheen verklaren.
Eerste , van deze binding hoeken en de stelling van Coulson ( ref_1 , ref_2 ) kunnen we vaststellen dat de CH sigma obligaties zijn $ \ ce {sp ^ {2.2}} $ gehybridiseerd en de CC sigma-obligatie is $ \ ce {sp ^ {1.7}} $ gehybridiseerd.
Van deze hybridisatie-indices (de index is de exponent “n” in de $ \ ce {sp ^ {n}} $ uitdrukking) zien we dat de CC-sigma-binding een hogere s-karakterinhoud heeft (1 deel s tot 1,7 delen p – 37% s) dan de CH-obligaties (1 delen s tot 2,2 delen p – 31% s). Aangezien er meer s-karakter in de CC-binding zit, is deze lager in energie en zullen de koolstof-sigma-elektronen de neiging hebben om naar deze CC-binding met lagere energie te stromen. Bijgevolg is de CC-sigma-binding meer elektronendichtheid bevatten dan de CH-bindingen. Daarom zal de elektronenafstoting tussen de CC-sigma-binding en CH-sigma-bindingen groter zijn dan de elektronenafstoting tussen de twee C-H-bindingen. Daarom zal de H-C-C-bindingshoek enigszins openen vanaf het $ \ ce {sp ^ {2}} $ -ideaal van 120 graden en zal de H-C-H-hoek enigszins worden gesloten om de elektrostatische afstoting van de binding te minimaliseren.
Tweede , sterische factoren (die eigenlijk ook gewoon een andere manier zijn om elektronen-elektronenafstoting te beschrijven) kan ook een rol gaan spelen. In welke mate de cis HCCH-waterstof-waterstofafstoting meer destabiliserend is dan de geminale HCH-waterstof-waterstofafstoting, het zal ook dienen om de CCH-bindingshoek te vergroten en de HCH-bindingshoek te verkleinen.
Opmerkingen
- De eerste bewering is niet helemaal waar. Omdat de pi-binding de bindingsafstand beïnvloedt, beïnvloedt het de overlapping van de sigma-binding vormende orbitalen, en dus ook het sigma-systeem, zelfs als de orbitalen orthogonaal zijn. Een observationele uitleg wordt gegeven met Bent ' s regel .
- @Martin Uitstekend punt Martin , I ' ll bewerk mijn antwoord.
- Stoten pi-elektronen de CH sigma-elektronen af?
- @Dissenter Ja, dat doen ze.
- @Dissenter De elektronendichtheid in de " top " van de pi-wolk zal de neiging hebben de CH-bindende elektronen af te stoten en duw het naar beneden; maar de " onderkant " van de pi cloud zal ze omhoog duwen. Door symmetrie moeten deze effecten worden opgeheven en is het resultaat geen netto op-neer C-H-vervorming als gevolg van de pi-wolk. Ook vanwege symmetrie kan de pi-wolk de CH-bindingen niet naar buiten of naar binnen duwen.
Answer
In termen van het sterk vereenvoudigde VSEPR-model, zou je tot dezelfde conclusie kunnen komen door op te merken dat een koolstofatoom groter is dan een waterstofatoom, dus de $ \ ce {CH2} $ -groep zal meer ruimte vragen dan elk waterstofatoom. Je kunt dit vergelijken met ethaan $ \ ce {H3C-CH3} $, dat $ \ angle (\ ce {HCC}) = 111,17 ^ \ circ $ heeft, iets afwijkend van de ideale tetraëdrische hoek van $ 109,5 ^ \ circ $ maar nee π systeem om de afwijking te verklaren. Als ik de wiskunde correct heb uitgevoerd, betekent dat dat $ \ angle (\ ce {H-C-H}) = 107,72 ^ \ circ $. De afwijking in ethaan is eigenlijk groter dan die in etheen, wat suggereert dat sterische factoren overheersen.
Figuur 1: Ethaans structuur inclusief bindingslengtes en hoeken. Ontleend aan Wikipedia , waar een volledige lijst van auteurs beschikbaar is.
Geef een reactie