Лекція № 2

ТЕМА: ОСОБЛИВОСТІ БУДОВИ АТОМА КАРБОНУ В ОСНОВНОМУ І ЗБУДЖЕНОМУ СТАНАХ. УТВОРЕННЯ КОВАЛЕНТНИХ ЗВ’ЯЗКІВ МІЖ АТОМАМИ КАРБОНУ.

ВСТУП

Карбон на відміну від інших хімічних елементів здатний утворювати величезну кількість органічних сполук. Причина в тому, що атоми Карбону здатні:

1.      з’єднуватися один з одним у ланцюги різної будови — відкриті (нерозгалужені, розгалужені), замкнені:

CH₃-CH₂-CH₃           CH₂-CH₃          CH₃-CH-CH₃    H₂C─CH₂

                                   |                                |                     │     │

                                  CH₃                          CH₃            H₂C─CH₂

2.      утворювати не лише прості (одинарні), але й кратні (подвійні, потрійні) зв’язки:

H₃C −CH₃, H₂C = CH₂, H − C ≡ C – H

3.      утворювати міцні зв’язки майже з будь-яким іншим елементом.

Це пояснюється тим, що :

ü  по – перше на зовнішньому енергетичному рівні атом Карбону має чотири електрони (2s і 2p) (тому атом Карбону не схильний ні віддавати, ні приєднувати вільні електрони з утворенням йонів);

ü  по – друге дрібний розмір атома (порівняно з іншими елементами IV групи).

Внаслідок цього Карбон утворює переважно ковалентні, а не йонні зв’язки, і проявляє валентність IV, а валентність ІІ проявляє дуже рідко.

БУДОВА АТОМА КАРБОНУ В НЕ ЗБУДЖЕНОМУ І ЗБУДЖЕНОМУ СТАНАХ

            В не збудженому стані на другому останньому енергетичному рівні в атомах Карбону знаходяться два спарених s – електрони, два р – електрони і два неспарених р – електрони, тому участь в утворенні зв’язків беруть участь тільки два неспарених р – електрони. Валентність Карбону в таких сполуках дорівнює ІІ, ступінь окиснення +2(C⁺²O^-2).

₊₆C 1S²2S²2p²

         В збудженому стані s – електрони з 2s – підрівня розпарюються і один електрон займає вільну орбіталі на 2р – підрівні:

₊₆C* 1S²2S¹2p³

Таким чином участь в утворенні зв’язків можуть брати всі чотири електрони. Але в залежності від типу гібридизації, тобто вирівнювання електронних хмар розрізняють три валентних стани атома Карбону:

            І валентний стан. Один s – електрон, що має форму кулі і три р – електрони, що мають форму об’ємних вісімок гібридизуються, тобто вирівнюються і приймають однакову форму форму несиметричної вісімки. Такий тип гібридизації називається sp³ – гібридизацією.

         Валентні гібридизовані електрони розміщуються в просторі під кутом 109°28´. Такі електрони перекриваються в одній площині або між таким ж гібридизованими електронами, або ж з іншими типами електронами утворюючи σ – зв’язки, так як наприклад в молекулі етану(H₃C─CH₃):

         ІІ валентний стан. Атоми Карбону знаходяться в стані sp² – гібридизації. При sp² – гібридизації вирівнюються три електрони один s – електрон і два р – електрони,які приймають форму несиметричної вісімки, а один р – електрон залишається не гібридизованим. Гібридизовані електрони розташовані в просторі під кутом 120  і утворюють σ – зв’язки з іншими електронними хмарами, а не гібридизовані р – електрони перекриваються над і під площиною в якій знаходяться σ – зв’язок утворюючи π – зв’язок, який значно слабший від σ – зв’язку і легко розривається. Такий тип гібридизації в атомах етилену H₂C = CH₂:

ІІІ валентний стан. Атоми Карбону знаходяться в стані sp – гібридизації. При sp – гібридизації вирівнюються тільки два електрони один s – електрон і один р – електрон,які приймають форму несиметричної вісімки, а два р – електрони залишаються не гібридизованими. Гібридизовані електрони розташовані в просторі під кутом 180  і утворюють σ – зв’язки з іншими електронними хмарами, а не гібридизовані два р – електрони перекриваються над і під площиною в якій знаходяться σ – зв’язок утворюючи два π – зв’язки.

         Таким чином в сполуках, будь – то в неорганічних, будь – то в органічних, до складу яких входять атоми Карбону в збудженому стані незалежно від типу гібридизації, їх валентність завжди дорівнює ІV, а от ступінь окиснення буде дорівнювати від -4 до +4, а в органічних сполуках може бути навіть десятковим дробом(С^-4H⁺¹₄, С⁺⁴О^-2₂, С^-2,5₄H⁺¹₁₀).