Oxokarbonový anion - Oxocarbon anion - Wikipedia

2D diagram přemítat C
12Ó6−
12, jeden z oxokarbonových aniontů. Černé kruhy jsou atomy uhlíku, červené kruhy atomy kyslíku. Každá modrá halo představuje jednu polovinu záporného náboje.

V chemii, an oxokarbonový anion je negativní ion skládající se pouze z uhlík a kyslík atomy, a proto mají obecný vzorec C
XÓn−
y pro některá celá čísla X, y, a n.

Nejběžnější oxokarbonové anionty jsou uhličitan, CO2−
3, a šťavelan, C
2Ó2−
4. V této třídě však existuje velké množství stabilních aniontů, včetně několika aniontů, které mají výzkumné nebo průmyslové využití. Existuje také mnoho nestabilních aniontů CO−
2 a CO−
4, které mají prchavou existenci během některých chemických reakcí; a mnoho hypotetických druhů CO4−
4, které byly předmětem teoretických studií, ale je třeba je ještě dodržet.

Vznikají stabilní oxokarbonové anionty soli s velkou rozmanitostí kationty. Nestabilní anionty mohou přetrvávat ve velmi zředěném plynném stavu, například v mezihvězdné mraky. Většina oxokarbonových aniontů má odpovídající skupiny v organická chemie, jejichž sloučeniny jsou obvykle estery. Například oxalátová část [–O– (C = O)2–O–] se vyskytuje v esteru dimethyloxalát H3C – O– (C = O)2–O – CH3.

Elektronická struktura uhličitanového iontu

Model karbonátového iontu vyplňující prostor

Uhličitanový ion má trigonální rovinnou strukturu, bodová skupina D3h. Tři vazby C-O mají stejnou délku 136 pm a 3 úhly O-C-O jsou 120 °. Atom uhlíku má 4 páry valenčních elektronů, což ukazuje, že se molekula řídí oktetové pravidlo. To je jeden faktor, který přispívá k vysoké stabilitě iontu, ke kterému dochází v horninách, jako je vápenec. Elektronická struktura je popsána dvěma hlavními teoriemi, které se používají k prokázání distribuce 4 párů elektronů v molekule, která má pouze 3 vazby CO.

S teorie valenčních vazeb elektronická struktura uhličitanového iontu je a rezonanční hybrid 3 kanonických forem.

Uhličitan-iontová rezonance-2D.pngDelokalizace a částečné náboje na uhličitanovém iontu

V každé kanonické formě jsou dvě jednoduché vazby, jedna dvojná vazba. Tři kanonické formy přispívají rovnoměrně k rezonančnímu hybridu, takže tři vazby CO vazby mají stejnou délku.

vytvoření π-vazby mezi 2 atomy stejného chemického prvku

S molekulární orbitální teorie trojnásobná osa je označena jako osa z molekuly. Tři vazby σ jsou tvořeny přesahem s, pX a stry orbitaly na atomu uhlíku s p orbitalem na každém atomu kyslíku. Kromě toho je delokalizovaná π vazba vytvořena překrytím pz orbitální na atomu uhlíku s pz orbitální na každém atomu kyslíku, který je kolmý k rovině molekuly.

Všimněte si, že mohou být použita stejná schémata vazeb dusičnanový ion, NE3−, který je izoelektronický s uhličitanovým iontem.

Podobně dvojitá symetrická struktura a karboxylát skupina,CO–
2, lze popsat jako rezonanční hybrid dvou kanonických forem v teorii valenčních vazeb, nebo s 2 σ vazbami a delokalizovanou π vazbou v molekulární orbitální teorii.

Související sloučeniny

Oxokarbonové kyseliny

Oxokarbonový anion C
XÓn−
y lze vidět jako výsledek odstranění všech protony z odpovídající kyselina CXHnÓy. Uhličitan CO2−
3, například, může být viděn jako anion z kyselina uhličitá H2CO3. Někdy je „kyselina“ vlastně alkohol nebo jiné druhy; to je například případ acetylenediolát C
2Ó2−
2 to by přineslo acetylenediol C2H2Ó2. Anion je však často stabilnější než kyselina (jako je tomu v případě uhličitanu);[1] a někdy je kyselina neznámá nebo se očekává, že bude extrémně nestabilní (jako je tomu v případě methanetetrakarboxylát C (COO−)4).

Neutralizované druhy

Každý oxokarbonový anion C
XÓn−
y lze v zásadě sladit s elektricky neutrálním (nebo oxidovaný ) varianta CXÓy, an oxokarbon (kysličník uhlíku) se stejným složením a strukturou, s výjimkou záporného náboje. Tyto neutrální oxokarbony jsou však zpravidla méně stabilní než odpovídající anionty. Tak například stabilní uhličitanový anion odpovídá extrémně nestabilnímu neutrálu oxid uhličitý CO3;[2] šťavelan C
2Ó2−
4 odpovídají ještě méně stabilní 1,2-dioxetandion C2Ó4;[3] a stáj croconate anion C
5Ó2−
5 odpovídá neutrálu cyklopentanepenton C5Ó5, který byl detekován pouze ve stopových množstvích.[4]

Snížené varianty

Naopak některé oxokarbonové anionty mohou být snížena za vzniku dalších aniontů se stejným strukturním vzorcem, ale s vyšším záporným nábojem. Tím pádem rhodizonát C
6Ó2−
6 lze snížit na tetrahydroxybenzochinon (THBQ) anion C
6Ó4−
6 a pak do benzenhexolát C
6Ó6−
6.[5]

Anhydridy kyselin

Oxokarbonový anion C
XÓn−
y lze také spojit s anhydrid odpovídající kyseliny. Posledně jmenovaným by byl další oxokarbon vzorce CXÓy−​n⁄2; totiž kyselé minusn⁄2 molekuly vody H2O. Standardní příklad je spojení mezi uhličitanem CO2−
3 a oxid uhličitý CO2. Korespondence není vždy přesně definována, protože může existovat několik způsobů provedení této formální dehydratace, včetně spojení dvou nebo více anionů za účelem vytvoření oligomer nebo polymer. Na rozdíl od neutralizace tato formální dehydratace někdy vede k poměrně stabilním oxokarbonům, jako je např anhydrid mellitové C12Ó9 z přemítat C
12Ó6−
12 přes kyselina mellitová C12H6Ó12[6][7][8]

Hydrogenované anionty

Pro každý oxokarbonový anion C
XÓn−
y v zásadě existují n-1 částečně hydrogenované anionty se vzorci H
kC
XÓ(n−k)−
y, kde k se pohybuje od 1 do n-1. Tyto anionty jsou obecně označeny předponami „vodík“ -, „dihydrogen“ -, „trihydrogen“ - atd. Některé z nich však mají zvláštní názvy: hydrogenuhličitan HCO−
3 se běžně nazývá hydrogenuhličitan a hydrogenoxalát HC
2Ó−
4 je známý jako binoxalát.

Hydrogenované anionty mohou být stabilní, i když plně protonovaná kyselina není (jako je tomu v případě hydrogenuhličitanu).

Seznam oxokarbonových aniontů

Zde je neúplný seznam známých nebo domnělých oxokarbonových aniontů

DiagramVzorecnázevKyselinaAnhydridNeutralizováno
Chemfm carbonite 2neg.svg:CO2−
2		karbonitHCO2HCOCO2
Chemfm uhličitan 2neg.svgCO2−
3		uhličitanCH2Ó3CO2CO3
Chemfm peroxokarbonát 2neg.svgCO2−
4		peroxokarbonátCO3CO4
Chemfm orthocarbonate 4neg.svgCO4−
4		ortokarbonátC (OH)4 methanetetrolCO2CO4
Chemfm acetylenoxid 2neg.svgC
2Ó2−
2		acetylenediolátC2H2Ó2 acetylenediolC2Ó2
Chemfm oxalát 2neg.svgC
2Ó2−
4		šťavelanC2H2Ó4C2Ó3, C4Ó6C2Ó4
Chemfm dikarbonát 2neg.svgC
2Ó2−
5		hydrogenuhličitanC2H2Ó5C2Ó4
Chemfm peroxodikarbonát 2neg.svgC
2Ó2−
6		peroxodikarbonát
Chemfm cyklopropanetrion 2neg.svgC
3Ó2−
3		deltovatC3O (OH)2C3Ó3
Chemfm mesoxalát 2neg.svgC
3Ó2−
5		mesoxalátC3H2Ó5
Chemfm acetylenedikarboxylát 2 mg.svgC
4Ó2−
4		acetyléndikarboxylátC4H2Ó4
Chemfm cyklobutanetetron 2neg.svgC
4Ó2−
4		kvadrátC4Ó2(ACH)2C4Ó4
Chemfm dioxosukcinát 2neg.svgC
4Ó2−
6		dioxosukcinátC4H2Ó6
Chemfm cyklopentanepenton 2neg.svgC
5Ó2−
5		croconateC5Ó3(ACH)2C5Ó5
Chemfm methanetetrakarboxylát 4neg.svgC
5Ó4−
8		methanetetrakarboxylátC5H4Ó8
Chemfm cyklohexanhexon 2neg.svgC
6Ó2−
6		rhodizonátC4Ó4(COH)2C6Ó6
Chemfm cyklohexanhexon 4neg.svgC
6Ó4−
6		benzochinonetetraolát; Anion THBQ(CO)2(COH)4 THBQC6Ó6
Chemfm cyklohexanhexon 6neg.svgC
6Ó6−
6		benzenhexolátC6(ACH)6 benzenhexolC6Ó6
Chemfm ethylentetrakarboxylát 4neg.svgC
6Ó4−
8		ethylentetrakarboxylátC6H4Ó8C6Ó6
Chemfm furantetrakarboxylát 4neg.svgC
8Ó4−
9		furantetrakarboxylátC8H4Ó9
Chemfm benzochinonetetrakarboxylát 4neg.svgC
10Ó4−
10		benzochinonetetrakarboxylátC
10H
4Ó
10		C
10Ó
8
Chemfm mellitate 6neg.svgC
12Ó6−
12		přemítatC6(COOH)6C12Ó9

Několik dalších oxokarbonových aniontů bylo detekováno ve stopových množstvích, například C
6Ó−
6, samostatně ionizovaná verze rhodizonátu.[9]

Viz také

Reference

  1. ^ „Infračervené a hmotnostní spektrální studie protonu ozářeného H2O + CO2 led: důkazy o kyselině uhličité “, autor: Moore, M. H .; Khanna, R. K.
  2. ^ DeMore W. B .; Jacobsen C. W. (1969). "Tvorba oxidu uhličitého při fotolýze ozonu v kapalném oxidu uhličitém". Journal of Physical Chemistry. 73 (9): 2935–2938. doi:10.1021 / j100843a026.
  3. ^ Herman F. Cordes; Herbert P. Richter; Carl A. Heller (1969). „Hmotnostní spektrometrický důkaz existence 1,2-dioxetandionu (dimeru oxidu uhličitého). Chemiluminiscenční meziprodukt“. J. Am. Chem. Soc. 91 (25): 7209. doi:10.1021 / ja01053a065.
  4. ^ Schröder, Detlef; Schwarz, Helmut; Dua, Suresh; Blanksby, Stephen J .; Bowie, John H. (květen 1999). "Hmotnostní spektrometrické studie oxokarbonů CnÓn (n = 3–6)". International Journal of Mass Spectrometry. 188 (1–2): 17–25. Bibcode:1999 IJMSp. 188 ... 17S. doi:10.1016 / S1387-3806 (98) 14208-2.
  5. ^ Haiyan Chen, Michel Armand, Matthieu Courty, Meng Jiang, Clare P. Gray, Franck Dolhem, Jean-Marie Tarascon a Philippe Poizot (2009), „Lithium Salt of Tetrahydroxybenzoquinone: Toward the Development of Sustainable Li-Ion Battery“ J. Am. Chem. Soc., 131(25), s. 8984–8988 doi:10.1021 / ja9024897
  6. ^ J. Liebig, F. Wöhler (1830), „Ueber die Zusammensetzung der Honigsteinsäure“ Poggendorfs Annalen der Physik und Chemie, sv. 94, 2. vydání, str. 161–164. Online verze zpřístupněno 8. 7. 2009.
  7. ^ Meyer H, Steiner K (1913). „Über ein neues Kohlenoxyd C.12Ó9 (Nový oxid uhličitý C12Ó9)". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 46: 813–815. doi:10.1002 / cber.191304601105.
  8. ^ Hans Meyer; Karl Steiner (1913). „Über ein neues Kohlenoxyd C.12Ó9". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 46: 813–815. doi:10.1002 / cber.191304601105.
  9. ^ Richard B. Wyrwas a Caroline Chick Jarrold (2006), „Produkce filmu C
    6    Ó−
    6     z oligomerizace CO na molybdenových aniontech ". J. Am. Chem. Soc. ročník 128, vydání 42, stránky 13688–13689. doi:10.1021 / ja0643927