węgiel dwuatomowy -Diatomic carbon

Węgiel dwuatomowy
Dicarbon.svg
Dicarbon-3D-vdW.png
Nazwy
nazwa IUPAC
Węgiel dwuatomowy
Systematyczna nazwa IUPAC
Etenodiyliden (substytut)
Dikarbon( C — C ) (dodatek)
Identyfikatory
Model 3D ( JSmol )
CHEBI
ChemSpider
196
Identyfikator klienta PubChem
  • InChI=1S/C2/c1-2 sprawdzaćY
    Klucz: LBVWYGNGGJURHQ-UHFFFAOYSA-N sprawdzaćY
  • [C]=[C]
Nieruchomości
C 2
Masa cząsteczkowa 24,022  g · mol -1
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (przy 25°C [77°F], 100 kPa).

Węgiel dwuatomowy (systematycznie nazywany diwęglem i 1λ 2 ,2λ 2 -etenem ) jest zieloną, gazową nieorganiczną substancją chemiczną o wzorze chemicznym C=C (również zapisywanym jako [C 2 ] lub C 2 ). Jest niestabilny kinetycznie w temperaturze i ciśnieniu otoczenia i jest usuwany w procesie autopolimeryzacji . Występuje w parach węgla, na przykład w łukach elektrycznych ; w kometach , atmosferach gwiazd i ośrodku międzygwiazdowym ; iw niebieskich płomieniach węglowodorowych . Węgiel dwuatomowy jest drugą najprostszą odmianą alotropową węgla (po węglu atomowym ) i jest pośrednim uczestnikiem genezy fulerenów .

Nieruchomości

C 2 jest składnikiem pary węgla. W jednym artykule oszacowano, że para węgla zawiera około 28% dwuatomowych, ale teoretycznie zależy to od temperatury i ciśnienia.

Właściwości elektromagnetyczne

Elektrony w węglu dwuatomowym są rozmieszczone na orbitaliach molekularnych zgodnie z zasadą Aufbau , aby wytworzyć unikalne stany kwantowe o odpowiednich poziomach energii. Stan o najniższym poziomie energii lub stanie podstawowym jest stanem singletowym ( 1 Σ+
g), który jest systematycznie nazywany eteno-1,2-diylidenem lub diwęglem (0•). Istnieje kilka wzbudzonych stanów singletowych i trypletowych, których energia jest stosunkowo zbliżona do stanu podstawowego, co stanowi znaczną część próbki diwęgla w warunkach otoczenia. Kiedy większość tych stanów wzbudzonych ulega relaksacji fotochemicznej, emitują one w obszarze podczerwieni widma elektromagnetycznego. Jednak w szczególności jeden stan emituje w zielonym regionie. Ten stan jest stanem trypletowym ( 3 Π g ), który jest systematycznie nazywany etenem-μ,μ-diyl-μ-ylidenem lub diwęglem(2•). Ponadto stan wzbudzony występuje nieco dalej pod względem energii od stanu podstawowego, który stanowi tylko znaczną część próbki diwęgla pod wpływem napromieniowania średnim ultrafioletem. Po relaksacji ten stan wzbudzony fluoryzuje w obszarze fioletowym i fosforyzuje w obszarze niebieskim. Ten stan jest również stanem singletowym ( 1 Π g ), który jest również nazywany etenem-μ,μ-diyl-μ-ylidenem lub diwęglem(2•).

Państwo Entalpia
wzbudzenia
(kJ mol −1 )
Przejście relaksacyjne
Długość fali relaksacyjnej		 Relaksacyjny region EM
X 1 Σ+
g 		0 – – –
a 3 Π
u 		8.5 a 3 Π
u→ X 1 Σ+
g 		14,0 μm Podczerwień długofalowa
b 3 Σ−
g 		77,0 b 3 Σ−
g→ a 3 Π
u 		1,7 μm Podczerwień krótkofalowa
A 1 Π
u 		100,4 A 1 Π
u→ X 1 Σ+
g
A 1 Π
u→ b 3 Σ−
g 		1,2 μm
5,1 μm		 Bliska podczerwień
Podczerwień o średniej długości fali
B 1 Σ+
g 		? B 1 Σ+
g→ A 1 Π
u
B 1 Σ+
g→ a 3 Π
u 		?
?		 ?
?
do 3 Σ+
ty 		159,3 do 3 Σ+
ty→ b 3 Σ−
g
do 3 Σ+
ty→ X 1 Σ+
g
do 3 Σ+
ty→ B 1 Σ+
g 		1,5 μm
751,0 nm
?		 Krótkofalowa podczerwień
Bliska podczerwień
?
re 3 Π
G 		239,5 re 3 Π
G→ a 3 Π
u
re 3 Π
G→ do 3 Σ+
ty
re 3 Π
G→ A 1 Π
u 		518,0 nm
1,5 μm
860,0 nm		 Zielony
Krótkofalowa podczerwień
Bliska podczerwień
do 1 Π
G 		409,9 do 1 Π
G→ A 1 Π
u
do 1 Π
G→ a 3 Π
u
do 1 Π
G→ do 3 Σ+
ty 		386,6 nm
298,0 nm
477,4 nm		 Fioletowy
Średni ultrafioletowy
niebieski

Teoria orbitali molekularnych pokazuje, że istnieją dwa zestawy sparowanych elektronów w zdegenerowanym zestawie orbitali wiążących pi. Daje to rząd wiązań 2, co oznacza, że ​​powinno istnieć podwójne wiązanie między dwoma atomami węgla w cząsteczce C2 . Jedna analiza sugerowała zamiast tego, że istnieje poczwórne wiązanie , interpretacja, która została zakwestionowana. Obliczenia CASSCF wskazują, że poczwórne wiązanie oparte na teorii orbitali molekularnych jest również rozsądne. Energie dysocjacji wiązań (BDE) B2 , C2 i N2 wykazują wzrost BDE, wskazując odpowiednio na wiązania pojedyncze , podwójne i potrójne .

W niektórych postaciach krystalicznego węgla, takich jak diament i grafit, punkt siodłowy lub „garb” występuje w miejscu wiązania w gęstości ładunku. Stan trypletowy C2 podąża za tym trendem. Jednak stan singletowy C2 działa bardziej jak krzem lub german ; to znaczy gęstość ładunku ma maksimum w miejscu wiązania.

Reakcje

Węgiel dwuatomowy będzie reagował z acetonem i aldehydem octowym , tworząc acetylen na dwa różne sposoby.

  • Cząsteczki trypletu C2 będą reagować poprzez szlak międzycząsteczkowy, który wykazuje charakter dwurodnikowy . Produktem pośrednim dla tego szlaku jest rodnik etylenowy. Jego abstrakcja jest skorelowana z energiami wiązań.
  • Cząsteczki singletu C 2 będą reagować poprzez wewnątrzcząsteczkowy, nierodnikowy szlak, w którym z jednej cząsteczki zostaną odebrane dwa atomy wodoru. Półproduktem dla tego szlaku jest singletowy winyliden . Reakcja singletowa może zachodzić poprzez 1,1-diabstrakcję lub 1,2-diabstrakcję. Ta reakcja jest niewrażliwa na podstawienie izotopowe. Różne abstrakcje są prawdopodobnie spowodowane orientacją przestrzenną zderzeń, a nie energiami wiązań.
  • Singlet C2 będzie również reagował z alkenami . Głównym produktem jest acetylen; wydaje się jednak, że C2 wstawi się w wiązania węgiel-wodór.
  • C2 jest 2,5 razy bardziej prawdopodobne, że wprowadzi się do grupy metylowej niż do grup metylenowych .
  • Istnieje kwestionowana możliwa synteza chemiczna w temperaturze pokojowej przez alkinylo-λ 3 -jod.

Historia

C/2014 Q2 (Lovejoy) świeci na zielono z powodu węgla dwuatomowego.
C/2022 E3 (ZTF) również wygląda na zielony.

Światło komet bogatych w gaz pochodzi głównie z emisji dwuatomowego węgla. Przykładem jest C/2014 Q2 (Lovejoy) , gdzie występuje kilka linii światła C 2 , głównie w zakresie widzialnym , tworząc pasma łabędzia . C/2022 E3 (ZTF) , widoczna na początku 2023 roku, również wykazuje zielony kolor ze względu na obecność węgla dwuatomowego.

Zobacz też

  • Acetylid – pokrewny związek chemiczny o wzorze C2−
    2

Bibliografia