Валентные структуры метана

От чего же зависит тип решетки для каждого твердого тела При образовании кристалла, составляющие его частицы, выбирают такую решетку, чтобы энергия взаимодействия между ними была возможно больше. В зависимости от природы взаимодействия все решетки могут быть разделены на атомные, металлические, ионные и молекулярные. Атомные решетки состоят из атомов, связанных гомеополярными (ковалентными) связями (например, кристаллические решетки углерода, серы, фосфора). Поэтому число соседей каждого атома в такой решетке (координационное число) определяется валентностью атома. Так, валентность углерода (а также кремния и германия) равна четырем, поэтому алмаз и другие кристаллы элементов IV группы имеют тетраэдрическую структуру. В центре тетраэдра находится атом, связанный гомеополярно (а-связями) с четырьмя соседними атомами, расположенными в четырех вершинах тетраэдра. Таким образом, алмаз по своему строению примыкает к ряду жирных углеводородов (метан, этан, пропан и т.д.) и представляет собой как бы огромный, разветвленный углеводород, в котором все атомы водорода замещены атомами углерода. Другая модификация (разновидность) кристаллов, образованных атомами углерода — графит, примыкает к ароматическим углеводородам. Графит состоит из огромных параллельных друг другу плоскостей. В каждой плоскости атомы углерода образуют связанные между собой шестиугольники так, что каждый атом имеет три соседа. Связи между этими соседями являются о-связями, а перпендикулярно к этим плоскостям направлены я-связи, которые перемещаются вдоль всей плоскости. Этим определяется электропроводность графита (в отличие от алмаза), осуществляющаяся вдоль кристаллических плоскостей. В графите параллельные плоскости сравнительно слабо связаны между собой молекулярными силами, что приводит к легкости их сколь- [c.324]

Мы преднамеренно отказались от утверждения, что Полинг доказал, что метан обладает структурой правильного тетраэдра. Можно сказать лишь, что, используя математические приемы, необходимые для интерпретации спектров свободных атомов, Полинг сделал два простых предположения, при использовании которых тот же самый математический аппарат смог описать силу и нанравление валентных связей. Сделанный шаг оказался верным, существенно важным и ведущим к многочисленным следствиям, рассмотрение которых не укладывается в рамки данной книги. [c.185]

В результате возникает третья задача. Надо, чтобы теория валентности удовлетворительно объясняла стереохимию молекул. Теория стереохимии начала развиваться после того, как Вант-Гофф и ле Бель выдвинули важнейший постулат о тетраэдрической структуре атома углерода. Затем вследствие появления многих новых физических методов исследования, таких, как колебательная и вращательная спектроскопия, рентгеновская и электронная дифракция, химики смогли получить более полные сведения о структуре молекул. Например, для многих молекул межатомные расстояния и валентные углы известны теперь с очень высокой точностью. Это привело к предъявлению новых требований к теории валентности. Так, удовлетворительная теория должна объяснить не только, почему в метане все углы НСН тетраэдрические (109°28 ) [c.14]

Самый простой пример, иллюстрирующий все три понятия — валентность, химическая связь и углеводород — это метан, который состоит из одного атома углерода и четырех атомов водорода, его формула СН4. Посмотрите на его структуру и Вы увидите, что все правила валентности выполняются. [c.49]

Заслуживают особого рассмотрения причины наличия —1-эффекта у таких групп, как фенил и винил, в которых углерод находится в состоянии р -гибридизации. В том случае, когда углерод в органическом соединении находится в состоянии 5/7 -гибридиза-ции, например в метане, на электронные пары связей С—Н действуют две взаимно уравновешивающие силы силы притяжения их к ядру атома углерода, имеющему больший, чем у водорода, заряд, и силы взаимного электростатического отталкивания друг от друга несущих одноименный заряд электронных пар. В результате образуется симметричная тетраэдрическая структура с направлением всех валентностей под одинаковым углом, равным 109°. [c.40]

Четвертый атом водорода, остающийся не замещенным арилами в метане, в красящих веществах отсутствует. Освобождающаяся валентность или принимает участие в образовании хиноидной структуры, по одним формулам, или этот атом углерода остается координативно ненасыщенным. [c.358]

На рис. 72 константы Лн, для радикалов с валентностью на атоме углерода отложены в зависимости от констант 7н-н для соответствующих молекул метан [49], этан, этилен, ацетилен [50], формальдегид, бензол [51], ацетальдегид [52]. Значения A я для радикалов приведены в следующих работах метильный, этильный, винильный [53], формильный [54], ацетильный [55, 56], фенильный [57], этинильный [58]. Геометрическая структура формильного радикала, как известно, полностью совпадает с геометрической структурой молекулы формальдегида [48]. Геометрия винильного радикала неизвестна, однако наилучшее согласие рассчитанных значений Лн с экспериментальными получается при предположении о том, что искажения первоначальной структуры молекулы при переходе в радикал невелики. Можно ожидать, что геометрия фенильного радикала по сравнению с С Нд практически не искажена, поскольку бензольный цикл обладает достаточной жесткостью. Как видно из рис. 72, в перечисленных случаях между константами имеет место хорошая линейная зависимость. Несколько неожиданным является значительное выпадение точки для этинильного радикала. Возможно, этот радикал имеет нелинейную структуру, что может быть связано с примесью состояния С=С-—Н с двухвалентным углеродом. Спектральных данных по геометрической структуре этого радикала нам найти не удалось. [c.190]

На конкретных примерах нами рассмотрены структуры, содержащие атомы углерода, валентность или гибридное состояние которых в общем одинаковы. Хотя введение атома хлора в метан может несколько изменить гибридный характер связей, но как в данном случае, так и в других рассмотренных примерах атом углерода образует преобладающим образом гибридные связи зр . [c.17]

До 1850 г. эмпирическую формулу органического соединения можно было легко установить, тогда как структура молекулы оставалась для химика-органика неразрешимой проблемой. И вот в 1857-1858 гг. Кекуле опубликовал ряд работ по теории валентности соединений углерода. В этих статьях он постулировал четырехвалентность углерода и эквивалентность всех атомов водорода в метане. Кекуле понял, что очевидное бесконечное многообразие органических соединений можно, вероятно, объяснить способностью углеродных атомов образовывать простые и кратные связи друг с другом и атомами многих других элементов. [c.19]

ПОДХОД к валентной связи, как к локализованным гибридным орбиталям с определенными направленными свойствами, соответствует стереохимическим описаниям. Так, можно предсказать структуру молекулы примерно с той же степенью достоверности, что и для гибридных орбиталей центрального многовалентного атома. Например, описание тетраэдрического расположения четырех валентностей атома углерода в метане с помощью гибридных sp -op-биталей является безусловно значительным теоретическим достижением этого метода. [c.198]

Согласно теории электронных пар (точечные структуры Льюиса), в метане четыре атома водорода связаны четырьмя электронными парами с центральным атомом углерода. Лежащие глубоко внутри 18-электроны атома углерода можно рассматривать как несвязывающие, и в большинстве случаев ими можно пренебречь. Четыре валентные орбитали метана не идентичны одна орбиталь не имеет узловых плоскостей, а три другие представляют собой вырожденные орбитали (т. е. равной энергии) и имеют по одной узловой плоскости. Формы этих орбиталей изображены на рис. 2.1. Необходимо ясно понимать, что существование связывающих орбиталей разной энергии никоим образом не противоречит картине электронных пар, в которой все углерод-водо-родные связи идентичны. Тетраэдрическое расположение атомов водорода четко видно при комбинации этих четырех орбиталей. Наличие различающихся между собой молекулярных орбиталей удается продемонстрировать только методом фотоэлектронной спектроскопии, позволяющим непосредственно измерять энергетические уровни электронов. Фотоэлектронный спектр подтверждает, что в валентной [c.15]

Атом углерода, например, в метане никогда не переходит в валентное состояние. Можно представить себе следующий идеализированный процесс образования СН4. Свободный атом углерода в состоянии 5 окружен четырьмя атомами водорода, расположенными в вершинах тетраэдра на большом от него расстоянии. По мере того как эти атомы водорода постепенно приближаются к атому С, оставаясь все время в вершинах тетраэдра, происходит постепенное изменение структуры элек- [c.223]

На рис. 4 изображена одна из четырех полностью эквивалентных гибридизованных sp -opбитaлeй углерода, на рис. 5 — валентные орбитали молекулы метана. Преподаватель еще раз подчеркивает, что подобное рассмотрение электронной структуры метана объясняет эквивалентность всех четырех связей в метане, хотя в образовании связей метана принимают участие один -электрон и три /7-электрона. [c.47]

Основные типы изомерии могут быть рассмотрены на относительно простых углеводородах и их производных. Углерод обладает четырьмя орбиталями, которые могут участвовать в связывании, а водород—только одной поэтому в метане все четыре атома водорода должны быть связаны с центральным атомом, а не друг с другом. Действительно, все атомы водорода расположены по вершина.м правильного тетраэдра около атома углерода такое расположение позволяет атомам водорода находиться на максимально возможном отдалении друг от друга и сводит к минимуму взаимное отталкивание связывающих электронов. Никакого другого расположения атомов в. молекуле СН4 никогда не таблюдали, В этане также каждый атом углерода окружен октаэдром из других атомов, трех атомов водорода и одного углерода. Прн сохранении нормальных валентностей атомов существует единственный способ соединения ато.мов в этане, а также в пропане СзНв. Тот факт, что двузамещенные метаны, такие, как пропан (его молекулу можно рассматривать как молекулу метана, в которой два ато.ма водорода замещены метильными группами), существуют только в одной форме, доказывает правильность предположения о тетраэдрическом окружении связанного атома углерода. Если бы связи были направлены к углам квадрата, должны были бы существовать две структуры пропана [c.129]

В годы, последовавшие за появлением метода валентных связей и его применением к молекуле водорода Гейтлером и Лондоном в 1927 г., Полинг , Слейтер и др. развили эту теорию и объяснили геометрические формы простых молекул, образованных многоковалентными атомами. В гл. 5 было показано, что подход к валентной связи, как к локализованным гибридным орбиталям с определенными направленными свойствами, соответствует сте-реохимическим описаниям. Предсказать структуру молекулы можно примерно с той же степенью достоверности, что и для гибридных орбиталей центрального многовалентного атома. Так, описание тетраэдрического расположения четырех валентностей атома углерода в метане с помощью гибридных р -орбиталей является безусловно значительным теоретическим достижением этого метода. Ниже не будет обсуждаться применение метода валентных связей для предсказания и описания структур молекул, так как это уже [c.190]

Парафиновые углеводороды (алканы) являются предельными (насыщенными) углеводородами, отличаются неразветвленной незамкнутой структурой и имеют формулу состава С Н2д 2. В молекулах этих углеводородов атомы углерода соединены между собой простыми (одинарными) связями, а все единицы валентности, не затраченные на связь между атомами углерода, насыщены атомами водорода. В нормальных условиях низкомолекулярные алканы являются газами (метан СН4, этан С2Н , пропан СзН , бутан С Н д). Эти газообразные [c.76]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология