Structura moleculei de metan

Având în formula structurală de metan nu reflectă structura spațială a moleculei. Pentru examinarea structurii este necesară pentru a aminti forma norului de electroni și structura electronică a atomilor de carbon. Structura electronică a atomilor de carbon este reprezentată după cum urmează: 1s 2s 2 2 2p sau 2 schematic

După cum se arată, învelișul exterior are doi electroni nepereche, deci carbonul trebuie să fie bivalent. Cu toate acestea, în cele mai multe cazuri, este de carbon compuși organici tetravalent. Acest lucru se datorează faptului că în timpul formării legăturii covalente a atomilor de carbon, într-o stare excitată, în care perechea de electroni orbitală pe desperechere 2S- și un electron ocupă vacant p-orbital. schematic:

Ca urmare, nu mai sunt doi, ci patru electroni nepereche. Deoarece aceste patru electroni diferite (2S- 2p- și electroni), acesta trebuie să fie diferit și comunicarea la atomul de carbon, dar arată în mod clar că legătura echivalentă din molecula de metan. Se aprinde sub orbitali „mixte“ excitat patru atomi de carbon (unul și trei Orbitali 2p-) sunt formate 2S patru sp3 echivalent - hibrid orbitali. Acestea sunt modelate ca gantere, dintre care jumătate este semnificativ mai mare decât celălalt. Din cauza repulsiei reciproce sp 3 - hibrid orbitali sunt îndreptate în spațiul pentru vârfurile unui tetraedru și unghiurile dintre ele sunt egale cu 109 ° 28 „(locația cea mai avantajoasă).

Fig.1 Modelul sp 3 - stare hibrid dintre atomii de carbon de coajă de electroni.

sp 3 - Hibridarea este caracteristic atomilor de carbon din hidrocarburi saturate (alcani) - în special în metan.

Figura 2. Diagrama structurii electronice a moleculei de metan

Figura 2 arată că fiecare sp3 - hibrid suprapunere orbitală cu la orbitală a s- atomii de hidrogen care formează cu ei patru, așa-numita, conexiune S-. Comunicarea s- - este o legătură covalentă simplă este formată cu suprapunerea orbitalii a liniei care unește nuclee de atomi, cu o suprapunere maximă pe această linie. Atomul de carbon din molecula de metan este situat în centrul unui tetraedru, atomii de hidrogen - la nodurile din toate unghiurile de legătură între direcțiile de legături egale între ele și formează un unghi de 109 ° 28“. Trebuie remarcat faptul că, în molecula de etan (CH3 CH3), una dintre cele șapte legături C-S- (C) format prin suprapunerea a două sp 3 - hibrid orbitali de atomi de carbon.

Fig. 3. Formarea moleculei de etan pererekryvaniem doi nori de electroni hibrizi de atomi de carbon.

Primii trei membri ai seriei omoloage de alcani - metan, etan, propan - nu sunt izomeri. Al patrulea membru - Butan C4 H10 diferă prin aceea că are doi izomeri: butan normal cu lanț drept și izobutan cu catenă ramificată.