Электронное строение оболочки атома углерода

Четырехвалентность атома углерода. Первая особенность углерода требует некоторого разъяснения. В то время как для большинства элементов характерна переменная валентность (например, для азота валентность меняется от единицы до пяти), атомы углерода характеризуются, за отдельными исключениями, постоянной валентностью. Объясняется это внутренним строением атома углерода и его положением в периодической системе элементов. Элемент углерод находится в четвертой группе первого малого периода, являясь переходным от металлов к типичным металлоидам на внешней оболочке атом углерода имеет четыре электрона и обладает способностью в одно и то же время и притягивать к себе электроны от других элементов и отдавать их причем обе эти способности выявляются у него почти в одинаковой степени. Отмеченные свойства атомов углерода и определяют как постоянную валентность угле- [c.37]

При рассмотрепии кобальта с порядковым числом 27 становится очевидным, что образование, подобное строению благородного газа, в этом случае маловероятно, так как трудно предположить, чтобы этот металл при соединении только лишь с окисыо углерода был насыщенным в своей внешней оболочке. Оп обязательно будет иметь слишком мало пли слишком много электронов. Поэтому молекула карбонила кобальта содержит не один атом металла, а представляет дикобальтоктокарбопил — С02 (СО)в, состоящий [c.700]

Электронное строение свободного невозбужденного атома углерода описывается согласно квантово-химической теории электронных оболочек атомов формулой 2р , причем —спаренные электроны, а 2р — неспаренные электроны. Но в таком случае атом углерода должен быть двухвалентен, а не четырехвалентен. [c.210]

Такие понятия, как конфигурация и терм, являются характеристиками электронного строения молекулы, они неприменимы в строгом смысле к описанию состояния отдельных атомов в составе молекулы. Тем не менее с использованием соображений симметрии удается для некоторых молекул установить примерное строение электронной оболочки атома в составе молекулы. Хорошо известным примером в этом отношении может служить молекула метана, в которой, как это впервые показал Л. Полинг, эффективная конфигурация атома углерода есть Этот вопрос обсуждается, как правило, в литературе весьма подробно, см. [17], [8], [12], [20]. Рассмотрим подобную задачу на примере более сложной системы — комплекса №Уг, где в качестве У может быть взят атом кислорода. Симметрия комплекса предполагается Сзу Атомы переходных элементов имеют малую энергию возбуждения. Для атома N1 (см. гл. 3, 6) разность полных энергий АЕ = Е Зс 4х) — ( F, 3 4х ) составляет всего лишь 205 см" = 0,03 зВ. При столь незначительной величине АЕ орбитальные энергии 4s и Зй -злект-ронов претерпевают тем не менее существенные изменения. Например, для основного в конфигурации с F-тepмa = -0,70693, 45 = = -0,27624, в то время как для терма -0,45730 и = -0,23576. [c.218]

Атом углерода, имеющий во внешней оболочке 4 электрона, отличается от других атомов постоянной валентностью, так как он не вносит в электронную структуру молекулы ни неподеленных пар электронбв, йи вакантных низколежащих орбиталей. Поэтому молекулы его соединений не способны к образованию донорно-акцепторных связей с другими молекулами через атом углерода В то же время между атомами С могут возникать прочные связи, так как малые размеры электронной оболочки благоприятствуют хорошему перекрыванию атомных орбита-лей углерода. Благодаря этому углерод обладает уникальной способностью образовывать из одинаковых атомов длинные цепочки, составляющие углеродный скелет бесчисленных молекул органических веществ. Указанные свойства углеродного атома привели к выделению химии его соединений в особую науку — органическую химию. Рассмотрим особенности строения молекул и электронной структуры некоторых родоначальников важнейших классов органических соединений. [c.204]

По размерам атомов элемента можно косвенно судить об его окислительно-восстанбвительных свойствах, т. е. о том, является ли он металлом или неметаллом. Чем больше атом, тем ближе расположены к ядру электроны и тем их связь с ядром прочнее. Следовательно, такой элемент предпочтительнее будет проявлять окислительные свойства и являться неметаллом, так как небольшие размеры атомов соответствуют элементам концов периодов,- у которых заполнение орбиталей электронами близко к завершению. Ориентировочно можно считать, что элемент является неметаллом, если орбитальный радиус его атомов не превышает 0,1 нм. Связывая металличность свойств простого вещества со строением электронной оболочки его атомов, необходимо отметить, что у атомов металлов в наружном слое не бывает более четырех электронов (за исключением висмута), а у атомов неметаллов — менее пяти электронов (за исключением водорода, бора, углерода и кремния). [c.204]

Структура карбонила кобальта и механизм оксореакции были предметом ряда исследований. Металлический кобальт обладает-27 электронами, которые распределены по электронным орбитам следующим образом Is 2s 2р 3s Зр Sd 4s . Дикобальтоктакарбонилу приписывается структура, согласно которой между двумя атомами кобальта существует одна простая связь и две. мостиковые связи через СО-группы к каждому из атомов кобальта прикреплено по 3 СО-группы. Таким 06pas0iM, при образовании ковалентных связей каждый атом кобальта получает-в совместное обладание 8 электронов от окружающих его молекул окиси углерода и еще один дополнительный электрон от-другого атома кобальта. Следовательно, электронная оболочка кобальта вместо 27 первоначальных электронов имеет 36 электронов, т. е. она приобретает электронную структуру благородного газа криптона. Согласно этому представлению, атом кобальта в карбониле кобальта будет обладать внещней электронной структурой следующего строения 3d ° 4s 4р . Было отмечено, что приобретение кобальтом структуры благородного газа возможно также в результате реакции между дикобальтоктакарбонилом и водородом с образованием гидрокарбонила кобальта [c.207]

В основном состоянии атом кремния имеет строение внешней электронной оболочки 3s23/j2 и двухвалентен. Возбуждение его до ближайшего четырехвалентного состояния (3s3p ) требует затраты 95 ккал г-атом, т. е. почти такой же энергии, как и в случае углерода (VI 3 доп. И). Последовательные энергии ионизации этого атома равны 8,15 16,34 33,46 и 45,13 ав. Его сродство к одному электрону оценивается в 34 ккал/г-атом. [c.586]

Нитриды. Нитрид титана (как и нитриды циркония и гафния) во многих отношениях близок к карбиду. Для нитридов характерно преобладание металлической связи они изоструктурны карбидам, имеют достаточно высокие температуры плавления и твердость. Однако существуют и различия, обусловленные особенностями строения атомов углерода и азота. Оболочка L атома азота имеет 5 электронов — 2s 2p , т. е. она более достроена до октета, чем оболочка L атома углерода, следовательно, более стабильна, поэтому у азота ослаблена до-норная и усилена акцепторная способность. В основном состоянии атом азота имеет три неспаренных (2р ) электрона, которые прежде [c.235]

Новые представления о строении электронных оболочек атома. Квантовая механика существенно изменила представления о строении атома. Если по Бору атом водорода состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого по круговой орбите с радиусом 0,529 А вращается электрон в виде точечного заряда, то с позиций квантовой механики картина строения атома углерода иная электрон двигается не по определенной орбите, а может находиться в любом месте вокруг ядра атома. Однако вероятность его нахождения в различных местах атома не одинакова. Картина распределения величины вероятности нахождения электрона в пространстве вокруг ядра обычно обозначается как электронное облако. Если бы можно было сфотографировать с выдержкой быстро движущийся электрон, то самые различные положения его были бы зафиксированы на снимке, который представлял бы собой изображение облака, подобного представленному на рис. 31,i>, и др. Если проследить плотность электронного облака (т. е. вероятность нахождения электрона) в направлении радиуса атома, то окажется, что у самого ядра она равна нулю, потом быстро возрастает достигая максимального значения на расстоянии 0,529 А от ядра, а затем постепенно убывает. На рис. 31 сопоставлена схема строения атома водорода по Бору, его современная квантово-механическая картина и график, показывающий изменение плотности электронного облака в зависимости от расстояния от ядра атома. [c.59]

Строение органических соединений. Для орг. соед. характерны неполярные ковалентные связи С—С и полярные ковалентные связи С—О, С—N, С—Hal, С—металл и т.д. Образование ковалентных связей было объяснено на основании развитых Г. Льюнсом и В. Косселем (1916) предположений о важной роли электронных образований-октетов и дублетов. Молекула устойчива, если валентная оболочка таких элементов, как С, N, О, Hal, содержит 8 электронов (правило октета), а валентная оболочка водорода-2 электрона. Хим. связь образуется обобществленной парой электронов разл. атомов (простая связь). Двойные и тройные связи образуются соотв. двумя и тремя такими парами. Электроотрицат. атомы (F, О, N) используют для связи с углеродом не все свои валентные электроны неиспользо-ванвые электроны образуют неподеленные (свободные) электронные пары. Полярность и поляризуемость ковалентных связей в орг. соед. в электронной теории Льюиса-Косселя объясняется смещением электронных пар от менее электроотрицательного к более электроотрицат. атому, что находит выражение в индуктивном эффекте и мезомериом эффекте. [c.398]

Из приведенной выше схемы строения метана видно, что атом углерода, имевший в исходном состоянии четыре внешних электрона, получил еще четыре электрона от атомов водорода. В результате число окружающих углерод внешних электронов стало равно восьми, т. е. образовался октет- (восьмерка), который отвечает полной застройке электронами оболочки с главным квантовым числом 2. Отсюда следует, что ковалентные молекулы образуются в результате тенденции атомов окружать себя электронными оболочками, такими как у ближайшего инертного газа. [c.307]

Свойства и получение. Внешняя электронная оболочка атома углерода в основном и возбужденном состоянии имеет строение 2s 2p и s2pxPfPi. Таким образом, в валентном состоянии атом углерода имеет четыре неспарениых электрона и во внешнем электронном слое отсутствуют как свободные атомные орбитали, так и неподеленные электронные пары (только для одного элемента, кроме углерода, - водорода характерно подобное состояние атома). Такое электронное строение атома углерода обусловливает две характерных его особенности возможность образовывать четыре ковалентные связи и неспособность к донорно-акцепторному взаимодействию. [c.363]

Известно, что при замещении у тетраэдрического углерода происходит количественное стереохимическое обращение независимо от деталей строения системы. Оказывается, замещение 5дг2 у октаэдрического кобальта менее стереоспецифично. Но мы находим, что в зависимости от ориентирующего эффекта уже присутствующих групп в больщой и часто преобладающей степени происходит перемещение по ребру . Ориентирующее влияние нитрогруппы весьма отличается от других групп, а несколько пониженные скорости указывают, что она оказывает не активирующее, а слабое избирательное замедляющее действие. По-вндимому, это можно понять [6с]. Так как нитрогрупна является уникальной среди перечисленных ориентирующих групп по способности ее структуры посредством сопряжения втягивать неспаренные электроны (а их в Зс(-оболочке кобальта имеется шесть), то кажется правдоподобным, что перемещение этой оболочки по направлению к нитрогруппе и частично внутрь ее избирательно подвергает другую сторону атома кобальта атаке анионным реагентом. Положительный заряд, наведснный таки.м образом на атом кобальта, будет препятствовать отделению уходящего хлорид-иона. Так как в механизме S v2, описанном нами для замещения анионами, отделение уходящего аниона является существенной частью процесса, определяющего скорость, то не удивительно, что комплексы с нитрогруппой реагируют несколько медленнее. [c.123]

Строение внешней электронной оболочки углерода и его валентные состояния были рассмотрены ранее (VI 3 доп. 9). Последовательные ионизационные потенциалы атома углерода равны И,26 24,38 47,87 и 64,48 в. Его сродство к одному электрону составляет +26, а к четырем электронам — оценивается в —710 ккал/г-атом. [c.12]

Так как эта попытка объяснения валентности и даже отсутствия свободного вращения электрическими силами очень любопытна для истории теоретической химии и несколько перекликается с первыми электронными теориями химической связи [Б II, гл. I и II], целесообразно привести следующее описание строения атома углерода в статье Мейера и Рикке Мы принимаем, что атом углерода окружен эфирной оболочкой, которая в изолированном атоме, как и он сам, обла- [c.131]

Особо должен быть рассмотрен четырехвалентный атом углерода, у которого в валентном состоянии имеются один -электрон и три р-электрона, способные присоединять четыре электрона других атомюв (табл. 23). Из сказанного выше можно заключить, что,, например, в СН4 три С—Н-связи с р-электронами должны располагаться под Прямым углом, а четвертая С—Н-связь с 5-влек-троном имеет произвольное направление. В действительности это не так. В первых двух рядах периодической системы -уровни и р-уровни в одной и той же оболочке энергетически почти одина ковы и при образовании молекулы все 4 электрона переходят па комбинированный уровень зр. который мы назовем (/-уровнем (гибридный уровень). При этом все четыре электрона становятся совершенно равноценным и, как обнаруживает расчет, их электронные облака имеют оси, симметрично расположенные в пространстве, т. е. они направлены к углам правильного тетраэдра (109° 28 ). Этот вывод точно совпадает с хорошо известными и широко подтвержденными стереохимией представлениями Вант-Гоффа (1874) о тетраэдрическом строении соединений углерода. [c.233]

Распространяя выводы относительно роли спина в химической связи на атом, можно было заключить, что в атомах только неспаренные электроны могут участвовать в образовании химических связей, и, следовательно, валентность атомов обусловливается числом неспаренных электронов в его оболочке. Вслучаеатома углерода пришлось, однако, в соответствги с опытом, допустить еще, что вступлению атома углерода в молекулу должно предварительно предшествовать распадение одной из электронных пар. Согласно квантовомеханической теории застройки электронных орбит, атом углерода имеет электронное строение Is-2s-2p-, причем электроны 2s спарены, а 2р" — нет. Вступлению в реакцию атома углерода предшествует распадение пары 2s- и переход атома в энергетически более высокое ( возбужденное ) состояние ls-2s3p . В таком атоме имеется четыре электрона с непарными спинами, а следовательно, возможно проявление нормальной четырехвалентности углерода. [c.178]

Систематическое рассмотрение типов кристаллических структур и свойств моносоединений щелочных, щелочноземельных металлов, имеющих внешние s-электроны, а также следующих за ними d- и /-переходных металлов II—VIII групп с элементами групп кислорода, азота, углерода, с бором и водородом в связи с их электронным строением, ионизационными потенциалами и электроотрицательностями свидетельствует о том, что при образовании этих соединений имеется непрерывный переход от ионных кристаллов щелочных и щелочноземельных металлов к ковалентноионным соединениям d- и /-переходных металлов полупроводникового характера. Главную роль при этом играет передача валентных электронов от атома металла к атому неметалла, в результате чего образуются ионы с внешними ортогональными р -оболочками, взаимодействие которых носит обменный характер. Металлическая проводимость и отрицательное значение коэффициента Холла таких соединений обусловлены наличием некоторой концентрации свободных электронов, представляющих избыточные, слабосвязанные электроны металла. При отсутствии электронов или в случае захвата их на глубокие 4/-уровни кристаллы имеют свойства полупроводников. [c.189]

Этот же пример может служить и иллюстрацией типа химической связи. В силу особенности строения внешней электронной оболочки углерод и его аналоги имеют тетраэдрическое расположение четырех связей. Поэтому и каждый атом в решетке алмазного типа тетраэдрически окружен четырьмя такими же атомами. [c.23]

Гибридизация. В изолированном атоме углерода, в его основном состоянии -оболочка имеет строение 25 2р 2ру. Поэтому углерод должен быть двухвалентным элементом, так как он имеет только два неспаренных электрона. Если предположить, что один электрон с орбиты 2з поднят (с затратой энергии) на свободную орбиту 2р , углеродный атом должен приобрести электронную структуру 15 2х2р 2ру2р с одним неспаренным электроном на каждой орбите -оболочки (рис. 11). При этом он должен быть способен образовать ковалентные связи с четырьмя другими атомами, например с атомами водорода. Но три 2р-орбиты могут перекрываться достаточно хорошо, например с 1х-орбитами трех атомов водорода что же касается перекрывания 25-орбиты с 1х-орбитой четвертого атома водорода, то оно не может быть достаточно полным по пространственным условиям. В результате этого должны образоваться [c.30]

В основном состоянии атом кремаия имеет строение внешней электронной оболочки 3s 3p и двухвалентен. Возбуждение его до ближайшего четырехвалентного состояния (3s3p ) требует затраты 95 ккал/г-атом, т. е. почти такой же энергии, как н в случае углерода (VI 3 доп. 9). Энергетический уровень 3d лежит у атома кремния на 36 ккал/г-атом выше уровня 4s. Последовательные ионизационные потенциалы этого атома равны 8,15 16,34 33,46 и 45,13 в. Его сродство к одному электрону оценивается в 34 ккал/г-атом. [c.94]

Гибридизация. В изолированном атоме углерода в его основном состоянии -оболочка имеет строение 2s 2px2py. Поэтому углерод должен быть двухвалентным элементом, так как он имеет только два неспаренных электрона. Если предположить, что один электрон с орбитали 2s поднят (с затратой энергии) на свободную орбиталь 2р , углеродный атом должен приобрести электронную структуру s 2s2px2py2pi с одним неспаренным электроном на каждой орбитали L-оболочки (рис. 12). При этом он должен быть способен образовать [c.28]

В случае атомов углерода а-связи образуются более сложным способом. В изолированном атоме углерода в его основном состоянии -оболочка имеет строение 25 2рх2ру. Поэтому углерод должен быть двухвалентным элементом, так как он имеет только два неспаренных электрона. Если предположить, что один электрон с орбитали 25 поднят (с затратой энергии) на свободную орбиталь 2р,, углеродный атом должен приобрести электронную структуру 1 2з2р, 2ру2рг с одним неспаренным электроном на каждой орбитали -оболочки (рис. 17). При этом он должен быть способен образовать ковалентные связи с четырьмя другими атомами, например с атомами водо- [c.30]

Многие переходные металлы образуют карбонилы, начиная с таких простых соединений, как N (00)4 и Ре(С0)5, а также более сложные многоядерные соединения, которые содержат несколько атомов металла или кроме карбонильных групп имеют еще и другие лиганды. Простейший подход к описанию этих соединений основан на представлении, согласно которому атом металла имеет нулевое состояние окисления и каждая карбонильная группа образует одну связь с атомом металла, используя неподеленную пару электронов атома углерода. Однако расстояния металл— углерод всегда довольно короткие, вследствие чего общепринято мнение, что формально несвязывающие -элек-троны атома металла вовлекаются в образование кратных связей с карбонильными группами и несвязывающая (1-оболочка фактически становится незаселенной ( ). Поэтому строение N (00)4 лучше описать структурой (2), а не (1). Таким образом, конфигурацию этих молекул можно предсказать, используя простые правила, сформулирован- [c.240]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология