Αυτό το άρθρο περιέχει λεπτομερή στοιχεία για 13 σημαντικούς παράγοντες CO2, συμπεριλαμβανομένης της δομής του CO2, της γωνίας δεσμού, του σχήματος κ.λπ.
Στη δομή του CO2 lewis, το σχήμα του μορίου είναι γραμμικό. Όλα τα άτομα του μορίου CO2 βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. Το κεντρικό άτομο c είναι sp υβριδοποιείται εδώ και υπάρχουν δύο δεσμοί σίγμα και υπάρχουν δύο δεσμοί π μεταξύ των ατόμων C και O. Λόγω της συμμετρικής δομής του το μόριο είναι μη πολικό.
Το μήκος του δεσμού CO είναι περίπου 116 μ.μ. Λόγω του χαρακτήρα διπλού δεσμού, το μήκος του δεσμού μειώνεται. Το ίδιο το μόριο είναι ουδέτερο αλλά στο υδατικό μέσο δρα ως οξύ.
Μερικά σημαντικά γεγονότα για CO2
Στη φυσική κατάσταση το CO2 είναι ένα άχρωμο αέριο μόριο. Είναι σχεδόν 50% πιο πυκνός από τον κανονικό αέρα.
Η μοριακή μάζα του μορίου CO2 είναι 44.03 g/mol. Καθώς είναι αέριο μόριο, έχει τάση ατμών και η τιμή της τάσης ατμών είναι 5.72 MPa στα 300 C θερμοκρασία. Η κρυσταλλική δομή αυτού του μορίου είναι τριγωνική αλλά η γεωμετρία είναι γραμμική. Στο -78.50 C θερμοκρασία, μετατρέπεται στη στερεά του κατάσταση και η θερμοκρασία είναι τόσο χαμηλή και τότε καλείται ξηρό πάγο. Σε πολλές οργανικές αντιδράσεις, θα απαιτηθεί ξηρός πάγος.
Η πλήρης καύση του C στην υπαίθρια παρουσία οξυγόνου δίνει CO2. Το CO2 είναι επίσης ένα υποπροϊόν της βιομηχανικής παραγωγής Η από στέλεχος.
C+O2 = CO2
1. Πώς να σχεδιάσετε τη δομή CO2 lewis;
Δομή κουκίδων Lewis είναι μια πολύ σημαντική παράμετρος για κάθε ομοιοπολικό μόριο. Βοηθά να ανακαλύψουμε τη γεωμετρία, τη γωνία δεσμού και πολλά ηλεκτρόνια σθένους ενός μορίου.
ΠΡΟΣ ΤΗΝ σχεδιάστε τη δομή του CO2 lewis πρέπει να ακολουθήσουμε μερικά βήματα.
Πρώτα απ 'όλα, θα πρέπει να μετρήσουμε τον συνολικό αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους των ατόμων C και O και στη συνέχεια να αθροίσουμε μαζί.
Από την ηλεκτρονική διαμόρφωση, το C έχει τέσσερα ηλεκτρόνια στο φλοιό σθένους και το O έχει έξι ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια σθένους υπολογίζονται στο CO2 δομή lewis θα είναι 4+6+6 =16. Σύμφωνα με τον κανόνα της οκτάδας τα ηλεκτρόνια χρειάζονταν 3*8 =24 ηλεκτρόνια και η έλλειψη ηλεκτρονίων θα είναι 24-16 = 8 ηλεκτρόνια και ο δεσμός απαιτούσε 8/2 = 4 δεσμούς. Έτσι, στη δομή CO2 lewis, θα απαιτούνται τουλάχιστον 4 δεσμοί.
Έτσι, συνδέουμε C και δύο άτομα O μέσω απλών δεσμών, και στη συνέχεια για να ολοκληρώσουμε την οκτάδα προσθέτουμε πολλαπλούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων C και O. Τελικά υπάρχουν δύο δεσμοί σίγμα και δύο π δεσμοί υπάρχουν μεταξύ των ατόμων C και O.
Με βάση το φορτίο και τη μικρότερη ηλεκτραρνητικότητα, το C θα είναι το κεντρικό άτομο και το Ο είναι τα τερματικά άτομα.
Τώρα αντιστοιχίσαμε μόνο ζεύγος στα αντίστοιχα άτομα. Το C δεν έχει επιπλέον ηλεκτρόνιο I στη στιβάδα σθένους μετά από σχηματισμό πολλαπλών δεσμών. Άρα, δεν έχει μόνα ζευγάρια. Αλλά το O έχει τέσσερα ηλεκτρόνια επιπλέον μετά το σχηματισμό του δεσμού και υπάρχουν ως δύο ζεύγη μοναχικών ζευγών πάνω από άτομα Ο. Το μόριο είναι ουδέτερο, επομένως δεν χρειάζεται να προσθέσετε θετικό ή αρνητικό φορτίο πάνω του.
2. Σχήμα δομής CO2 lewis
CO2 σχήμα δομής lewis μπορεί να προβλεφθεί από τη θεωρία VSEPR (Valence Shell Electrons Pair Repulsion). Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, εάν ένα μόριο έχει κοινό τύπο τύπου AX2, τότε υιοθετείται γενικά γραμμική δομή εάν ένα κεντρικό άτομο δεν έχει μεμονωμένα ζεύγη.
Στο CO2 δομή lewis, για τον απλό δεσμό, οι μετρήσεις ηλεκτρονίων είναι 2+2=4 ηλεκτρόνια. Έτσι, σύμφωνα με τη θεωρία VSEPR, εάν τα ηλεκτρόνια για ένα ομοιοπολικό μόριο θα είναι 4, τότε υιοθετεί μια γραμμική δομή. Επίσης, το CO2 είναι ένα μόριο τύπου AX2 και το κεντρικό C δεν έχει μεμονωμένα ζεύγη.
Για να ολοκληρωθεί η οκτάδα θα προστεθούν δύο πολλαπλοί δεσμοί. Το C είναι το κεντρικό άτομο και δύο O βρίσκονται στις δύο πλευρές του C στην τερματική θέση.
3. Ηλεκτρόνια σθένους CO2
Στη δομή του CO2 lewis, το C και το O έχουν πολλά ηλεκτρόνια στο εξώτατο τροχιακό τους, τα οποία μπορούν να συμμετάσχουν στο σχηματισμό δεσμού, και με αυτό το ηλεκτρόνιο, μπορούν να ολοκληρώσουν την οκτάδα τους. Αυτά τα ηλεκτρόνια είναι γνωστά ως ηλεκτρόνια σθένους.
Να υπολογιστούν τα ηλεκτρόνια σθένους στο CO2 δομή lewis, πρέπει να δούμε την ηλεκτρονική διαμόρφωση του C και του O. Το C είναι το στοιχείο IVA και το O είναι το στοιχείο VIA στον περιοδικό πίνακα. Η ηλεκτρονική διαμόρφωση των C και O είναι [He]2s22p2 και [He]2s22p4. Έτσι, το C έχει τέσσερα ηλεκτρόνια και το O έχει έξι ηλεκτρόνια στο αντίστοιχο κέλυφος σθένους. Αυτά τα ηλεκτρόνια είναι τα ηλεκτρόνια σθένους γιατί αυτά τα ηλεκτρόνια θα συμμετάσχουν στο σχηματισμό του δεσμού.
Άρα, ο συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων σθένους στο CO2 δομή lewis είναι 4+(6*2)= 16 ηλεκτρόνια.
4. CO2 lewis δομή μοναχικά ζεύγη
Μετά την καταμέτρηση των ηλεκτρονίων σθένους για τη δομή του CO2 lewis, είναι απαραίτητο να υπολογιστούν τα μόνα ζεύγη του μορίου. Μοναχικά ζεύγη υπάρχουν επίσης στο κέλυφος σθένους αλλά δεν συμμετέχουν στο σχηματισμό δεσμού.
Η Γ είναι η ομάδα 2nd περίοδος 14th στοιχείο επομένως έχει τέσσερα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό του κέλυφος και όλα τα ηλεκτρόνια εμπλέκονται στο σίγμα καθώς και στον δεσμό π με δύο άτομα Ο. Έτσι, δεν έχει επιπλέον ηλεκτρόνια στη στιβάδα του σθένους, επομένως το C είναι έλλειψη μοναχικών ζευγών.
Αλλά το Ο είναι η ομάδα 2nd περίοδος 16th στοιχείο και έχει έξι ηλεκτρόνια στο σθένος του 2s τροχιακό και μεταξύ έξι ηλεκτρονίων δύο εμπλέκονται στο σχηματισμό διπλού δεσμού με το άτομο C. Έτσι, έχει τέσσερα ηλεκτρόνια στο κέλυφος σθένους του που δεν συμμετέχουν στο σχηματισμό δεσμού και αυτά τα τέσσερα ηλεκτρόνια υπάρχουν ως δύο ζεύγη μοναχικών ζευγών πάνω από κάθε άτομο Ο.
Έτσι, ο συνολικός αριθμός μονών ζευγών πάνω από τη δομή lewis CO2 για δύο άτομα Ο είναι 2*2 = 4 ζεύγη μοναχικών ζευγών.
5. Κανόνας οκτάδας δομής CO2 lewis
Το C, όπως και το O, προσπαθούν να ολοκληρώσουν το τροχιακό τους σθένους δεχόμενοι τέσσερα και δύο ηλεκτρόνια αντίστοιχα. Μετά την αποδοχή ηλεκτρονίων, η ηλεκτρονική τους διαμόρφωση θα είναι ίδια με την πλησιέστερη διαμόρφωση ευγενών αερίων. Αυτό ονομάζεται κανόνας οκτάδας.
Το C χρειάζεται τέσσερα ηλεκτρόνια στο περίβλημα σθένους του, επομένως, μοιράζεται τέσσερα ηλεκτρόνια με δύο άτομα Ο σχηματίζοντας δύο δεσμούς σίγμα και δύο δεσμούς π για να ολοκληρώσει την οκτάδα του.
Και πάλι, για το O είναι η ομάδα 16th στοιχείο και έχει έξι ηλεκτρόνια στη στιβάδα του σθένους και απαιτούνται άλλα δύο για να ολοκληρωθεί η οκτάδα του. Έτσι, σχημάτισε έναν δεσμό σίγμα και έναν π με το c για να μοιραστεί ηλεκτρόνια και να συμπληρώσει επίσης την οκτάδα του.
6. Επίσημη χρέωση δομής CO2 lewis
Το επίσημο φορτίο του CO2 είναι προφανές είτε το μόριο είναι φορτισμένο είτε όχι. Υπολογισμός της επίσημης χρέωσης του CO2 δομή lewis υποθέτοντας την ίδια ηλεκτραρνητικότητα κάθε ατόμου στο μόριο όπως το C και το O.
Η επίσημη χρέωση είναι μια υποθετική έννοια και έχει μια συγκεκριμένη φόρμουλα για να προσδιορίσει.
Ο τύπος που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να υπολογίσουμε την επίσημη χρέωση, FC = Nv - Νlp -1/2 Βbp
Όπου ο Νv είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων στο φλοιό σθένους ή στο εξώτατο τροχιακό, Nλπ είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων στο μοναχικό ζεύγος και Nbp είναι ο συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων που εμπλέκονται μόνο στο σχηματισμό του δεσμού.
Στη δομή του CO2 lewis, το C και το O είναι διαφορετικοί υποκαταστάτες, επομένως πρέπει να υπολογίσουμε το τυπικό φορτίο των ατόμων C και o ξεχωριστά χρησιμοποιώντας τον παραπάνω τύπο.
Η επίσημη χρέωση για το C είναι 4-0-(8/2) = 0
Ο αριθμός των ηλεκτρονίων σθένους για το C είναι 4, δεν υπάρχουν μεμονωμένα ζεύγη πάνω από το C και το C σχηματίζουν τέσσερις δεσμούς, επομένως στους τέσσερις δεσμούς εμπλέκονται οκτώ ηλεκτρόνια.
Η επίσημη χρέωση για το O είναι 6-4-(4/2) = 0
Το O έχει έξι ηλεκτρόνια στο κέλυφος σθένους και τέσσερα ηλεκτρόνια βρίσκονται σε δύο ζεύγη μοναχικών ζευγών. Το O σχηματίζει δύο δεσμούς με το C και κάθε δεσμός περιέχει δύο ηλεκτρόνια, επομένως υπάρχουν τέσσερα ηλεκτρόνια που εμπλέκονται σε δύο δεσμούς.
Άρα, από τον παραπάνω υπολογισμό, μπορούμε να πούμε ότι δεν υπάρχει τυπικός φορτίο υπάρχουν επιμέρους άτομα σαπ τη δομή του CO2 lewis είναι ουδέτερο.
7. Γωνία δεσμού δομής CO2 lewis
Στο CO2 δομή lewis, η γωνία δεσμού OCO είναι 1800 που είναι για γραμμική γεωμετρία. Η γωνία δεσμού είναι μια σημαντική παράμετρος για κάθε ομοιοπολικό μόριο για τη σωστή διάταξη των επιμέρους ατόμων στο διάστημα.
Από τη θεωρία του VSEPR, αν ένα μόριο είναι ΑΧ2 τύπος και το κεντρικό άτομο δεν έχει μεμονωμένα ζεύγη τότε η γωνία δεσμού του μορίου είναι 1800 που αντανακλά τη γραμμικότητα της δομής του. Η δομή του CO2 lewis είναι AX2 τύπου και το μόριο υιοθετεί γραμμική δομή, επομένως η γωνία δεσμού OCO αναμένεται να είναι 1800.
Δύο άτομα Ο φέρουν μεμονωμένα ζεύγη τα οποία είναι πολύ μακριά το ένα από το άλλο, οπότε δεν υπάρχει πιθανότητα για απώθηση μοναχικού ζεύγους. Το μόριο είναι πολύ άκαμπτο λόγω των διπλών δεσμών, επομένως δεν μπορούσε να αλλάξει τη γωνία του δεσμού του καθώς και τη δομή του.
8. Συντονισμός δομής CO2 lewis
Στη δομή του CO2 lewis, θα υπάρχουν διαφορετικές μορφές σκελετού σε συντονισμό. Ο συντονισμός είναι η υποθετική έννοια με την οποία η μετεγκατάσταση των νεφών ηλεκτρονίων συμβαίνει μεταξύ του O και του C σε διαφορετικές μορφές σκελετού.
Υπάρχουν τέσσερις ανεξάρτητες αντηχήσεις δομές στο CO2 lewis δομή. Η δομή III είναι η δομή που συνεισφέρει περισσότερο καθώς περιέχει περισσότερους ομοιοπολικούς δεσμούς από τη δομή IV. Αλλά στη δομή IV το ηλεκτραρνητικό άτομο Ο λαμβάνει θετικό φορτίο και το ηλεκτροθετικό άτομο C λαμβάνει ένα αρνητικό φορτίο που είναι παράγοντας αποσταθεροποίησης. Έτσι, η δομή III είναι η δομή που συμβάλλει περισσότερο στον συντονισμό του CO2.
Η δομή II συνεισφέρει περισσότερο από τη δομή Ι. Στη δομή Ι, υπάρχουν δύο θετικά φορτία στο ίδιο άτομο και υπάρχει μικρότερος αριθμός ομοιοπολικών δεσμών.
9. Υβριδισμός CO2
Στο CO2 δομή lewis, το κεντρικό άτομο C υφίσταται sp υβριδισμό με δύο άτομα Ο. Ο υβριδισμός είναι μια θεωρητική έννοια με την οποία δύο ή περισσότερα τροχιακά που έχουν διαφορετική ενέργεια και προσανατολισμό υπό μίγμα παράγουν ένα νέο υβριδικό τροχιακό ισοδύναμης ενέργειας για να σχηματίσουν έναν σταθερό ομοιοπολικό δεσμό.
Υπάρχει ένας συγκεκριμένος τύπος για τον υπολογισμό του υβριδισμού οποιουδήποτε ομοιοπολικού μορίου.
Η = 0.5 (V+M-C+A), όπου H= τιμή υβριδισμού, V είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων σθένους στο κεντρικό άτομο, M = μονοσθενή άτομα που περιβάλλονται, C=αρ. κατιόντος, Α=αρ. του ανιόντος.
Με αυτόν τον τύπο, μπορούμε να υπολογίσουμε πόσα τροχιακά εμπλέκονται στον υβριδισμό. Για να υπολογίσουμε τον υβριδισμό, δεν μπορούμε να εξετάσουμε τον π ή πολλαπλούς δεσμούς.
Στο CO2 δομή lewis, υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια του c που εμπλέκονται σε δύο δεσμούς σίγμα με δύο άτομα Ο. Έτσι, το τροχιακό υβριδισμού του C στη δομή CO2 lewis είναι, ½(2+2+0+0) = 2 (sp)
| Structure | Τιμή υβριδισμού | Κατάσταση υβριδισμού κεντρικού ατόμου | Γωνία δεσμού |
| Γραμμικός | 2 | sp /sd / pd | 1800 |
| Planner τριγωνικό | 3 | sp2 | 1200 |
| Τετράεδρος | 4 | sd3/ sp3 | 109.50 |
| Τριγωνικό διπυραμιδικό | 5 | sp3d/dsp3 | 900 (αξονική), 1200(ισημερινού) |
| Οκτάεδρος | 6 | sp3d2/ δ2sp3 | 900 |
| Πεντάγωνο διπυραμιδικό | 7 | sp3d3/d3sp3 | 900, 720 |
Από τον παραπάνω πίνακα μπορούμε να πούμε ότι εάν τα δύο τροχιακά εμπλέκονται στον υβριδισμό τότε το μόριο θα υβριδοποιηθεί sp.
Από το πλαίσιο διάγραμμα του CO2 δομή lewis, μπορούμε να πούμε ότι στη θεμελιώδη κατάσταση υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια στο τροχιακό s και δύο ηλεκτρόνια στα τροχιακά p του C. Όταν το σύστημα ενεργοποιηθεί τότε ένα ηλεκτρόνιο από το τροχιακό s προωθείται στο κενό τροχιακό p και τώρα το C έχει τέσσερα ασύζευκτα ηλεκτρόνια στο κέλυφος σθένους και μπορεί να είναι έτοιμο για σχηματισμό δεσμού.
Τώρα σε αυτόν τον υβριδισμό ένα Ο σχηματίζει δεσμό σίγμα με s τροχιακό και ένα Ο σχηματίζει δεσμό σίγμα με ηλεκτρόνιο σε p τροχιακά του C και τα υπόλοιπα δύο ασύζευκτα ηλεκτρόνια σε p τροχιακά του C σχηματίζουν δεσμούς π με δύο Ο. δεν μπορούμε να θεωρήσουμε το π δεσμούς.
Έτσι, ένα s τροχιακό και ένα p τροχιακό εμπλέκονται σε αυτόν τον υβριδισμό του CO2. Άρα, ο υβριδισμός θα είναι sp.
Από τον πίνακα υβριδοποίησης, μπορούμε επίσης να πούμε ότι το γραμμικό μόριο θα υβριδοποιηθεί sp και η γωνία δεσμού είναι 1800.
10. Διαλυτότητα CO2
Η διαλυτότητα του CO2 σε διαφορετικούς διαλύτες εξαρτάται επίσης από τη φύση και τη θερμοκρασία. Το CO2 είναι ένα μη πολικό μόριο, επομένως αναμένεται να είναι διαλυτό στον μη πολικό διαλύτη (όπως διαλύεται).
Αλλά το Co2 μπορεί να είναι διαλυτό σε πολικούς διαλύτες όπως το νερό, είναι ένα αέριο μόριο, επομένως γίνεται διαλυτό με τη διαδικασία της προσρόφησης. Σε τυπική θερμοκρασία δωματίου, 1.44 g CO2 μπορεί να είναι διαλυτό σε 1 λίτρο νερού. Έτσι, η διαλυτότητα του CO2 στο νερό είναι πολύ φτωχή.
11. Το CO2 είναι ιοντικό;
Το CO2 έχει κάποιο % ιοντικού χαρακτήρα. Σύμφωνα με τον κανόνα του Fajan, όλα τα ομοιοπολικά μόρια έχουν κάποιο % ιοντικό χαρακτήρα με βάση το ιονικό δυναμικό και την πολωσιμότητά τους.
Το μέγεθος του C είναι πολύ μικρό, επομένως έχει αρκετό ιοντικό δυναμικό για να πολώσει τα άτομα Ο. Λόγω του πολώσιμου των ατόμων Ο, εμφανίζει κάποιο ιοντικό χαρακτήρα και μπορεί να διασπάσει ελάχιστα σε ιόντα.
12. Το Co2 είναι όξινο ή βασικό;
Το μόριο CO2 δεν είναι ούτε όξινο ούτε βασικό από μόνο του. Αλλά σε ένα υδατικό μέσο, δρα ως οξύ.
Στη δομή CO2 lewis, δεν υπάρχει ιονιζόμενο πρωτόνιο ή ομάδα υδροξειδίου. Έτσι, είναι ουδέτερο σε μια κανονική κατάσταση. Αλλά όταν είναι διαλυτό στο νερό σχηματίζει οργανικό ήπιο οξύ ανθρακικό οξύ, (H2CO3). Λόγω του σχηματισμού του συνόλου του οξέος, το διάλυμα γίνεται όξινο καθώς το νερό είναι ουδέτερο. Έτσι, στο υδατικό μέσο, δρα ως οξύ.
CO2 + Η2Ο = Η2CO3
13. Το CO2 είναι πολικό ή μη πολικό;
Το μόριο CO2 είναι μη πολικό στο συμμετρικό του σχήμα. Δεν υπάρχει διπολική ροπή σε αυτό το μόριο.
Ένα μόριο είναι πολικό ή μη πολικό εξαρτάται από την προκύπτουσα τιμή της διπολικής ροπής αυτού του μορίου. Στη δομή του CO2 lewis, το μόριο είναι γραμμική και συμμετρική δομή, επομένως η κατεύθυνση δύο διπολικών ροπών είναι ακριβώς αντίθετη και ακυρώνει η μία την άλλη.
Έτσι, η καθαρή προκύπτουσα διπολική ροπή για το μόριο CO2 είναι μηδέν και καθιστά το μόριο μη πολικό.
14. Το CO2 είναι συμμετρικό ή ασύμμετρο;
Το σχήμα του μορίου του CO2 είναι συμμετρικό λόγω της γραμμικής δομής του. Το άτομο C βρίσκεται σε κεντρική θέση και δύο O είναι δύο αντίθετες θέσεις του C και σχηματίζουν μια γραμμική γεωμετρία με συμμετρικό σχήμα.
Αλλά στο μόριο CO2, παρατηρείται μια ιδιότητα τάνυσης όπου ένας δεσμός CO αυξάνεται και ο άλλος παραμένει ίδιος, τότε το μόριο δεν βρίσκεται πλέον στη συμμετρική μορφή και μόνο τότε έχει κάποια διπολική ροπή.
Συμπέρασμα
Από την παραπάνω λεπτομερή συζήτηση για το CO2 δομή lewis, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι το CO2 είναι γραμμικό και συμμετρικό μόριο με γωνία δεσμού 1800 και για αυτή τη συμμετρική δομή είναι μη πολικό. Το ίδιο το μόριο είναι ουδέτερο αλλά το υδατικό διάλυμα θα είναι όξινο.
