Jaki ' jest kąt wiązania H-C-H w etenie?
On 30 listopada, 2020 by adminWęgiel jest hybrydyzowany $ \ mathrm {sp ^ 2} $ i dlatego jest płaski i powinien teoretycznie wynosić 120 $ ^ \ circ $. Jednak teoria VSEPR sugeruje, że wiązanie π wymagałoby „więcej miejsca” ze względu na większe odpychanie elektronów. W konsekwencji kąt wiązania $ \ ce {H-C-H} $ byłby mniejszy. Jednak skoro wiązanie π znajduje się poza płaszczyzną cząsteczki, czy to faktycznie się dzieje?
Odpowiedź
Kąt wiązania HCH w etenie wynosi ok. 117 stopni, a kąt HCC wynosi ok. 121,5 stopnia. Istnieją dwa powody, które razem wyjaśniają to odkształcenie kątowe w etenie.
Pierwszy , z tych powiązań kąty i twierdzenie Coulsona ( ref_1 , ref_2 ) możemy określić, że sigma CH obligacje są hybrydyzowane $ \ ce {sp ^ {2.2}} $, a wiązanie CC sigma jest hybrydyzowane $ \ ce {sp ^ {1.7}} $.
Z tych indeksów hybrydyzacji (indeks jest wykładnikiem „n” w wyrażeniu $ \ ce {sp ^ {n}} $) widzimy, że wiązanie CC sigma ma wyższą zawartość znaku s (1 część s do 1,7 części p – 37% s) niż wiązanie CH (1 części s do 2,2 części p – 31% s). Ponieważ wiązanie CC ma więcej charakteru, ma on niższą energię i elektrony sigma węgla będą kierować się w kierunku wiązania CC o niższej energii. W konsekwencji wiązanie CC sigma będzie zawierać większą gęstość elektronów niż wiązania CH. Dlatego odpychanie elektronów między wiązaniem CC sigma i wiązaniami CH sigma będzie większe niż odpychanie elektronów między dwoma wiązaniami C-H. Stąd kąt wiązania H-C-C otworzy się nieznacznie od ideału $ \ ce {sp ^ {2}} $ wynoszącego 120 stopni, a kąt H-C-H nieco się zmniejszy, aby zminimalizować odpychanie elektrostatyczne wiązania-wiązania.
Drugi , czynniki steryczne (które są po prostu kolejnym sposobem opisania odpychania elektron-elektron) może również wejść do gry. Niezależnie od tego, w jakim stopniu odpychanie wodór-wodór cis HCCH jest bardziej destabilizujące niż odpychanie wodoru i wodoru geminalnego HCH, posłuży również do zwiększenia kąta wiązania CCH i zmniejszenia kąta wiązania HCH.
Komentarze
- Pierwsza instrukcja nie jest do końca prawdziwa. Ponieważ wiązanie pi wpływa na odległość wiązania, wpływa na nakładanie się orbitali tworzących wiązanie sigma, a tym samym wpływa również na układ sigma, nawet jeśli orbitale są ortogonalne. Wyjaśnienie obserwacyjne zawiera regułę Bent ' .
- @Martin Doskonała uwaga Martin , ' edytuję swoją odpowiedź.
- Czy elektrony pi odpychają elektrony sigma CH?
- @Dissenter Tak.
- @Dissenter Gęstość elektronów w " na górze " chmury pi będzie miała tendencję do odpychania elektronów wiążących CH i pchnij w dół; ale " dół " chmury pi spowoduje ich podniesienie. Dzięki symetrii te efekty muszą się anulować, a wynikiem nie jest netto odkształcenie C-H w górę iw dół z powodu chmury pi. Również ze względu na symetrię chmura pi nie może wypychać wiązań CH na zewnątrz ani do środka.
Odpowiedź
Jeśli chodzi o silnie upraszczający model VSEPR, do tego samego wniosku można dojść, zauważając, że atom węgla jest większy niż atom wodoru, więc grupa $ \ ce {CH2} $ będzie wymagała więcej miejsca niż każdy wodór. Możesz to porównać do etanu $ \ ce {H3C-CH3} $, który ma $ \ angle (\ ce {HCC}) = 111,17 ^ \ circ $, nieco odbiegający od idealnego kąta czworościennego 109,5 $ ^ \ circ $ ale nie π system wyjaśniający odchylenie. Jeśli poprawnie wykonałem obliczenia, oznacza to, że $ \ angle (\ ce {H-C-H}) = 107,72 ^ \ circ $. Odchylenie w etanie jest w rzeczywistości większe niż w etenie, co sugeruje, że przeważają czynniki steryczne.
Rysunek 1: Struktura etanu, w tym długości i kąty wiązań. Zaczerpnięte z Wikipedii , gdzie dostępna jest pełna lista autorów.
Dodaj komentarz