Diatomický uhlík - Diatomic carbon

Diatomický uhlík
Dicarbon.svg
Dicarbon-3D-vdW.png
Jména
Název IUPAC
Diatomický uhlík
Systematický název IUPAC
Ethenediyliden (substituční)
Dikarbon (C—C) (přísada)
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChEBI
ChemSpider
196
Vlastnosti
C2
Molární hmotnost24.022 g · mol−1
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Reference Infoboxu

Diatomický uhlík (systematicky pojmenováno dikarbon a 1λ2, 2λ2-ethen), je zelená, plynná anorganické chemikálie s chemický vzorec C = C (také psáno [C2] nebo C.2. Je kineticky nestabilní při teplotě a tlaku okolí a je odstraňován autopolymerací. Vyskytuje se v parách uhlíku, například v elektrické oblouky; v komety, hvězdné atmosféry a mezihvězdné médium; a modře uhlovodík plameny.[1]Diatomický uhlík je druhou nejjednodušší formou uhlíku atomový uhlík, a je prostředníkem v genezi fullerenů.

Vlastnosti

C2 je složka uhlíkových par. Jeden papír odhaduje, že uhlíkové páry jsou přibližně 28% křemeliny[2] ale teoreticky to závisí na teplotě a tlaku.

Elektromagnetické vlastnosti

Elektrony v diatomic uhlíku jsou rozděleny mezi atomové orbitaly podle Aufbauův princip produkovat jedinečné kvantové stavy s odpovídajícími energetickými hladinami. Stav s nejnižší úrovní energie neboli základní stav je singletový stav (1Σ+
G), který se systematicky jmenuje ethen-1,2-diyliden nebo dikarbon (0 •). Existuje několik vzrušených singletových a tripletových stavů, které jsou energeticky relativně blízké základnímu stavu a které za podmínek prostředí tvoří významné podíly vzorku dikarbonu. Když většina z těchto excitovaných stavů podstoupí fotochemickou relaxaci, vyzařují v infračervené oblasti elektromagnetického spektra. Jeden stát však emituje zejména v zelené oblasti. Tento stav je stavem tripletů (3ΠG), který se systematicky jmenuje ethen-μ, μ-diyl-μ-yliden nebo dikarbon (2 •). Kromě toho existuje o něco více excitovaný stav v energii ze základního stavu, který tvoří pouze významnou část vzorku dikarbonu pod ultrafialovým zářením. Po relaxaci tento vzrušený stav fluoreskuje ve fialové oblasti a fosforesce v modré oblasti. Tento stav je také stavem singletu (1ΠG), který se také jmenuje ethen-μ, μ-diyl-μ-yliden nebo dikarbon (2 •).

StátVzrušení
entalpie
(kJ mol−1)		Relaxace
přechod		Relaxace
vlnová délka		Relaxační EM-region
X1Σ+
G		0–––
A3Π
u		8.5A3Π
u→X1Σ+
G		14,0 μmInfračervené záření s dlouhou vlnovou délkou
b3Σ−
G		77.0b3Σ−
G→A3Π
u		1,7 μmInfračervené záření krátkých vln
A1Π
u		100.4A1Π
u→X1Σ+
G
A1Π
u→b3Σ−
G		1,2 μm
5,1 μm		Blízko infračerveného
Infračervené záření o střední vlnové délce
B1Σ+
G		?B1Σ+
G→A1Π
u
B1Σ+
G→A3Π
u		?
?		?
?
C3Σ+
u		159.3C3Σ+
u→b3Σ−
G
C3Σ+
u→X1Σ+
G
C3Σ+
u→B1Σ+
G		1,5 μm
751,0 nm
?		Infračervené záření krátkých vln
Blízko infračerveného
?
d3Π
G		239.5d3Π
G→A3Π
u
d3Π
G→C3Σ+
u
d3Π
G→A1Π
u		518,0 nm
1,5 μm
860,0 nm		Zelená
Infračervené záření krátkých vln
Blízko infračerveného
C1Π
G		409.9C1Π
G→A1Π
u
C1Π
G→A3Π
u
C1Π
G→C3Σ+
u		386,6 nm
298,0 nm
477,4 nm		fialový
Střední ultrafialové
Modrý

Molekulární orbitální teorie ukazuje, že existují dvě sady spárovaných elektronů v degenerované sadě spojování pí orbitálů. To dává pořadí vazeb 2, což znamená, že by mezi dvěma uhlíky v C měla existovat dvojná vazba2 molekula.[3] Jedna analýza namísto toho navrhla, že a čtyřnásobná vazba existuje,[4] výklad, který byl sporný.[5]

CASSCF výpočty ukazují, že čtyřnásobná vazba založená na molekulární orbitální teorii je také rozumná.[3]

Bond disociační energie z B2, C.2, a N2 ukázat rostoucí BDE, indikující singl, dvojnásobek, a trojné vazby, resp.

U určitých forem krystalického uhlíku, jako je diamant a grafit, se v místě vazby v hustotě náboje vyskytuje sedlový bod nebo „hrb“. Stav tripletů C.2 sleduje tento trend. Singletový stav C.2 chová se více křemík nebo germanium; to znamená, že hustota náboje má maximum v místě vazby.[6]

Reakce

Diatomický uhlík bude reagovat s aceton a acetaldehyd k výrobě acetylén dvěma různými cestami.[2]

  • Trojice C2 molekuly budou reagovat intermolekulární cestou, u které je prokázáno, že má diradikální charakter. Meziproduktem pro tuto cestu je ethylenový radikál. Jeho abstrakce souvisí s energiemi vazby.[2]
  • Tílko C2 molekuly budou reagovat prostřednictvím intramolekulární, neradikální dráhy, ve které budou z jedné molekuly odebrány dva atomy vodíku. Meziproduktem pro tuto cestu je singlet vinyliden. Singletová reakce se může uskutečnit prostřednictvím 1,1-diabstraction nebo 1,2-diabstraction. Tato reakce není citlivá na substituci izotopů. Různé abstrakce jsou pravděpodobně způsobeny spíše prostorovou orientací srážek než energiemi vazby.[2]
  • Tílko C.2 bude také reagovat s alkeny. Acetylen je hlavním produktem; zdá se však, že C2 se vloží do vazeb uhlík-vodík.
  • C2 je 2,5krát větší pravděpodobnost, že se vloží do a methylová skupina jako do methylenové skupiny.[7]

Dějiny

C / 2014 Q2 (Lovejoy) svítí zeleně díky rozsivkovému uhlíku.

Světlo komet bohatých na plyn pochází hlavně z emise diatomického uhlíku. Příkladem je C / 2014 Q2 (Lovejoy), kde existuje několik řádků C.2 světlo, většinou v viditelné spektrum[8], tvořící Labutí kapely.[9]

Viz také

  • Acetylid - příbuzná chemická látka se vzorcem C2−
    2

Reference

  1. ^ Hoffmann, Roald (1995). „Marginalia: C2 Ve všech podobách “ (PDF). Americký vědec. 83 (4): 309–311. Bibcode:1995AmSci..83..309H. JSTOR  29775475.
  2. ^ A b C d Skell, Philip S.; Plonka, James H. (1970). "Chemie singletu a tripletu C2 molekuly. Mechanismus tvorby acetylenu reakcí s acetonem a acetaldehydem ". Journal of the American Chemical Society. 92 (19): 5620–5624. doi:10.1021 / ja00722a014.
  3. ^ A b Zhong, Ronglin; Zhang, Min; Xu, Hongliang; Su, Zhongmin (2016). „Latentní harmonie v dikarbonu mezi teoriemi VB a MO prostřednictvím ortogonální hybridizace 3σG a 2σu". Chemická věda. 7 (2): 1028–1032. doi:10.1039 / c5sc03437j. PMC  5954846. PMID  29896370.
  4. ^ Shaik, Sason; Danovich, David; Wu, Wei; Su, Peifeng; Rzepa, Henry S.; Hiberty, Philippe C. (2012). "Čtyřnásobná vazba v C2 a analogické osmivalenční elektronové druhy “. Přírodní chemie. 4 (3): 195–200. Bibcode:2012NatCh ... 4..195S. doi:10,1038 / nchem.1263. PMID  22354433.
  5. ^ Grunenberg, Jörg (2012). "Kvantová chemie: čtyřnásobně vázaný uhlík". Přírodní chemie. 4 (3): 154–155. Bibcode:2012NatCh ... 4..154G. doi:10,1038 / nchem.1274. PMID  22354425.
  6. ^ Chelikowsky, James R.; Troullier, N .; Wu, K .; Saad, Y. (1994). "Vyššího řádu konečných rozdílů pseudopotenciální metoda: Aplikace na diatomic molekul". Fyzický přehled B. 50 (16): 11356–11364. Bibcode:1994PhRvB..5011355C. doi:10.1103 / PhysRevB.50.11355. PMID  9975266.
  7. ^ Skell, P. S.; Fagone, F. A .; Klabunde, K. J. (1972). "Reakce diatomického uhlíku s alkany a ethery / zachycování alkylkarbenu vinylidenem". Journal of the American Chemical Society. 94 (22): 7862–7866. doi:10.1021 / ja00777a032.
  8. ^ Venkataramani, Kumar; Ghetiya, Satyesh; Ganesh, Shashikiran; et al. (2016). "Optická spektroskopie komety C / 2014 Q2 (Lovejoy) z Mount Abu Infrared Observatory". Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti. 463 (2): 2137–2144. arXiv:1607.06682. doi:10.1093 / mnras / stw1820.
  9. ^ Mikuz, Herman; Dintinjana, Bojan (1994). "CCD fotometrie komet". Čtvrtletní mezinárodní kometa. Citováno 26. říjen 2006.