Τα δομικά χαρακτηριστικά της ακετυλίνης επηρεάζουν τις ιδιότητες, την παραγωγή και τη χρήση της. Το σύμβολο για τη σύνθεση μιας ουσίας - С2Н2 - είναι ο απλούστερος και ακαθάριστος τύπος της. Το ακετυλένιο σχηματίζεται από δύο άτομα άνθρακα, μεταξύ των οποίων εμφανίζεται ένας τριπλός δεσμός. Η παρουσία του αντικατοπτρίζεται από διαφορετικούς τύπους τύπων και μοντέλων του μορίου αιθίνης, τα οποία καθιστούν δυνατή την κατανόηση του προβλήματος της επίδρασης της δομής στις ιδιότητες μιας ουσίας.
Αλκίνια. Γενικός τύπος. Ακετυλένιο
Οι αλκυνικοί υδρογονάνθρακες, ή οι ακετυλενικοί υδρογονάνθρακες, είναι άκυκλοι, ακόρεστοι. Η αλυσίδα των ατόμων άνθρακα δεν είναι κλειστή· περιέχει απλούς και πολλαπλούς δεσμούς. Η σύνθεση των αλκινίων αντικατοπτρίζεται στον συνοπτικό τύπο C H2n – 2. Τα μόρια ουσιών αυτής της κατηγορίας περιέχουν έναν ή περισσότερους τριπλούς δεσμούς. Οι ενώσεις ακετυλενίου είναι ακόρεστες. Αυτό σημαίνει ότι μόνο ένα σθένος άνθρακα πραγματοποιείται σε βάρος του υδρογόνου. Οι υπόλοιποι τρεις δεσμοί χρησιμοποιούνται όταν αλληλεπιδρούν με άλλα άτομα άνθρακα.
Ο πρώτος - και πιο διάσημος εκπρόσωπος των αλκυνίων - το ακετυλένιο ή αιθίνιο. Το ασήμαντο όνομα της ουσίας προέρχεται από τη λατινική λέξη "acetum" - "ξίδι" καιΕλληνικά - "hyle" - "δέντρο". Ο πρόγονος της ομόλογης σειράς ανακαλύφθηκε το 1836 σε χημικά πειράματα, αργότερα η ουσία συντέθηκε από άνθρακα και υδρογόνο από τους E. Davy και M. Berthelot (1862). Σε κανονική θερμοκρασία και κανονική ατμοσφαιρική πίεση, το ακετυλένιο βρίσκεται σε αέρια κατάσταση. Είναι αέριο άχρωμο, άοσμο, ελαφρώς διαλυτό στο νερό. Η αιθίνη διαλύεται πιο εύκολα σε αιθανόλη και ακετόνη.
Μοριακός τύπος ακετυλενίου
Etin είναι το απλούστερο μέλος της ομόλογης σειράς του, η σύνθεση και η δομή του αντικατοπτρίζουν τους τύπους:
- С2Н2 - μοριακό αρχείο σύνθεσης αιθίνης, το οποίο δίνει μια ιδέα ότι η ουσία σχηματίζεται από δύο άτομα άνθρακα και το ίδιο με τον αριθμό των ατόμων υδρογόνου. Χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο, μπορείτε να υπολογίσετε τη μοριακή και μοριακή μάζα της ένωσης. Mr (С2Н2)=26 α. π.μ., M (С2Н2)=26,04 g/mol.
- Н:С:::С:Н - τύπος σημειακών ηλεκτρονίων του ακετυλενίου. Τέτοιες εικόνες, που ονομάζονται «δομές Lewis», αντικατοπτρίζουν την ηλεκτρονική δομή του μορίου. Όταν γράφετε, είναι απαραίτητο να ακολουθείτε τους κανόνες: το άτομο υδρογόνου, όταν σχηματίζει έναν χημικό δεσμό, τείνει να έχει τη διαμόρφωση του κελύφους σθένους ηλίου, άλλα στοιχεία - μια οκτάδα εξωτερικών ηλεκτρονίων. Κάθε άνω και κάτω τελεία σημαίνει ένα κοινό για δύο άτομα ή ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων του εξωτερικού ενεργειακού επιπέδου.
- H-C≡C-H - δομικός τύπος ακετυλενίου, που αντικατοπτρίζει τη σειρά και την πολλαπλότητα των δεσμών μεταξύ των ατόμων. Μια παύλα αντικαθιστά ένα ζεύγος ηλεκτρονίων.
Μοντέλα μορίου ακετυλενίου
Τύποι που δείχνουν την κατανομή των ηλεκτρονίων χρησίμευσαν ως βάση για τη δημιουργία ατομικών τροχιακών μοντέλων, χωρικών τύπων μορίων (στερεοχημικά). Ήδη από τα τέλη του 18ου αιώνα, τα μοντέλα με μπίλια και ραβδί έγιναν ευρέως διαδεδομένα - για παράδειγμα, μπάλες διαφορετικών χρωμάτων και μεγεθών, που δηλώνουν άνθρακα και υδρογόνο, που σχηματίζουν ακετυλένιο. Ο δομικός τύπος του μορίου παρουσιάζεται με τη μορφή ράβδων, που συμβολίζουν τους χημικούς δεσμούς και τον αριθμό τους σε κάθε άτομο.
Το μοντέλο με μπίλια και ραβδί ακετυλενίου αναπαράγει γωνίες δεσμού ίσες με 180°, αλλά οι διαπυρηνικές αποστάσεις στο μόριο αντανακλώνται κατά προσέγγιση. Τα κενά μεταξύ των σφαιρών δεν δημιουργούν ιδέα πλήρωσης του χώρου των ατόμων με πυκνότητα ηλεκτρονίων. Το μειονέκτημα εξαλείφεται στα μοντέλα του Dreiding, τα οποία ορίζουν τους πυρήνες των ατόμων όχι ως μπάλες, αλλά ως σημεία σύνδεσης των ράβδων μεταξύ τους. Τα σύγχρονα ογκομετρικά μοντέλα δίνουν μια σαφέστερη εικόνα των ατομικών και μοριακών τροχιακών.
Υβριδικά ατομικά τροχιακά ακετυλενίου
Ο άνθρακας σε διεγερμένη κατάσταση περιέχει τρία ρ-τροχιακά και ένα s με ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Στο σχηματισμό του μεθανίου (CH4) συμμετέχουν στη δημιουργία ισοδύναμων δεσμών με άτομα υδρογόνου. Ο διάσημος Αμερικανός ερευνητής L. Pauling ανέπτυξε το δόγμα της υβριδικής κατάστασης των ατομικών τροχιακών (AO). Η εξήγηση της συμπεριφοράς του άνθρακα στις χημικές αντιδράσεις είναι η ευθυγράμμιση του ΑΟ σε μορφή και ενέργεια, ο σχηματισμός νέων νεφών. υβρίδιοτα τροχιακά δίνουν ισχυρότερους δεσμούς, ο τύπος γίνεται πιο σταθερός.
Τα άτομα άνθρακα στο μόριο ακετυλενίου, σε αντίθεση με το μεθάνιο, υφίστανται sp-υβριδισμό. Τα ηλεκτρόνια s- και p αναμειγνύονται σε σχήμα και ενέργεια. Εμφανίζονται δύο sp-τροχιακά, που βρίσκονται σε γωνία 180°, κατευθυνόμενα σε αντίθετες πλευρές του πυρήνα.
Τριπλό ομόλογο
Στο ακετυλένιο, υβριδικά νέφη ηλεκτρονίων άνθρακα συμμετέχουν στη δημιουργία δεσμών σ με τα ίδια γειτονικά άτομα και με υδρογόνο σε ζεύγη C-H. Παραμένουν δύο μη υβριδικά p-τροχιακά κάθετα μεταξύ τους. Στο μόριο αιθίνης εμπλέκονται στο σχηματισμό δύο π δεσμών. Μαζί με το σ προκύπτει ένας τριπλός δεσμός, ο οποίος αντανακλάται από τον δομικό τύπο. Το ακετυλένιο διαφέρει από το αιθάνιο και το αιθυλένιο ως προς την απόσταση μεταξύ των ατόμων. Ένας τριπλός δεσμός είναι μικρότερος από έναν διπλό δεσμό, αλλά έχει μεγαλύτερο απόθεμα ενέργειας και είναι ισχυρότερος. Η μέγιστη πυκνότητα των σ- και π-δεσμών βρίσκεται σε κάθετες περιοχές, γεγονός που οδηγεί στο σχηματισμό ενός κυλινδρικού νέφους ηλεκτρονίων.
Χαρακτηριστικά του χημικού δεσμού στην ακετυλένιο
Το μόριο της αιθίνης έχει γραμμικό σχήμα, το οποίο αντανακλά με επιτυχία τον χημικό τύπο της ακετυλίνης - H-C≡C-H. Τα άτομα άνθρακα και υδρογόνου βρίσκονται κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής, μεταξύ τους εμφανίζονται 3 σ- και 2 π-δεσμοί. Η ελεύθερη κίνηση, η περιστροφή κατά μήκος του άξονα C-C είναι αδύνατη, αυτό αποτρέπεται από την παρουσία πολλαπλών δεσμών. Άλλα χαρακτηριστικά τριπλού ομολόγου:
- αριθμός ζευγών ηλεκτρονίων που δεσμεύουν δύο άτομα άνθρακα - 3;
- μήκος - 0,120 nm;
- ενέργεια διαλείμματος - 836kJ/mol.
Για σύγκριση: στα μόρια αιθανίου και αιθυλενίου, τα μήκη απλών και διπλών χημικών δεσμών είναι 1,54 και 1,34 nm, αντίστοιχα, η ενέργεια θραύσης C-C είναι 348 kJ/mol, C=C - 614 kJ/mol.
ομόλογα ακετυλενίου
Η ακετυλίνη είναι ο απλούστερος εκπρόσωπος των αλκυνίων, στα μόρια των οποίων υπάρχει και τριπλός δεσμός. Το προπίνιο CH3C≡CH είναι ομόλογο ακετυλενίου. Ο τύπος του τρίτου αντιπροσώπου των αλκυνίων - βουτυνίου-1 - είναι CH3CH2C≡CH. Το ακετυλένιο είναι το ασήμαντο όνομα της αιθίνης. Η συστηματική ονοματολογία των αλκυνίων ακολουθεί τους κανόνες της IUPAC:
- σε γραμμικά μόρια, υποδεικνύεται το όνομα της κύριας αλυσίδας, που προέκυψε από τον ελληνικό αριθμό, στον οποίο προστίθεται το επίθημα -in και ο αριθμός του ατόμου στον τριπλό δεσμό, για παράδειγμα, αιθίνιο, προπύλιο, βουτίνη-1;
- η αρίθμηση της κύριας αλυσίδας των ατόμων ξεκινά από το άκρο του μορίου που βρίσκεται πιο κοντά στον τριπλό δεσμό.
- για τους διακλαδισμένους υδρογονάνθρακες, έρχεται πρώτα το όνομα του πλευρικού κλάδου και μετά το όνομα της κύριας αλυσίδας των ατόμων με το επίθημα -in.
- το τελευταίο μέρος του ονόματος είναι ένας αριθμός που υποδεικνύει τη θέση στο μόριο του τριπλού δεσμού, για παράδειγμα, βουτίνη-2.
Ισομέρεια αλκυνίων. Εξάρτηση ιδιοτήτων από τη δομή
Η αιθίνη και το προπίνιο δεν έχουν ισομερή θέσης τριπλού δεσμού, εμφανίζονται ξεκινώντας με βουτίνη. Ισομερή ανθρακικού σκελετού βρίσκονται στην πεντίνη και στα ομόλογα που την ακολουθούν. Όσον αφορά τον τριπλό δεσμό, δεν υπάρχει χωρικόςισομερισμός ακετυλενικών υδρογονανθράκων.
Τα πρώτα 4 ομόλογα αιθίνης είναι αέρια που είναι ελάχιστα διαλυτά στο νερό. Υδρογονάνθρακες ακετυλενίου C5 – C15 - υγρά. Τα στερεά είναι ομόλογα αιθίνης, ξεκινώντας με τον υδρογονάνθρακα C17. Η χημική φύση των αλκυνίων επηρεάζεται σημαντικά από τον τριπλό δεσμό. Οι υδρογονάνθρακες αυτού του τύπου είναι πιο ενεργοί από τους αιθυλενίου, προσκολλούν διάφορα σωματίδια. Αυτή η ιδιότητα είναι η βάση για την ευρεία χρήση αιθίνης στη βιομηχανία και την τεχνολογία. Κατά την καύση της ακετυλίνης, απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα θερμότητας, η οποία χρησιμοποιείται στην κοπή και συγκόλληση μετάλλων με αέριο.
