Двухатомный углерод
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Двухатомный углерод | |
| Систематическое название ИЮПАК Этенедилиден (заменитель) Диуглерод( C — C ) (добавка) | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ЧЭБИ | |
| ХимическийПаук | |
| 196 | |
ПабХим CID | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| С 2 | |
| Молярная масса | 24.022 g·mol −1 |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Двухатомный углерод (систематически называемый диуглеродом и 1λ 2 , 2 мин. 2 -этен ) представляет собой зеленое газообразное неорганическое химическое вещество с химической формулой C=C (также пишется [C2 ] или C2 ) . Он кинетически нестабилен при температуре и давлении окружающей среды и удаляется путем автополимеризации . Это происходит в парах углерода, например, в электрических дугах ; в кометах , звездных атмосферах и межзвездной среде ; и в синем углеводородном пламени . [1] Двухатомный углерод — второй простейший из аллотропов углерода (после атомарного углерода ) и является промежуточным участником в генезисе фуллеренов .
Характеристики
[ редактировать ]C 2 является компонентом паров углерода. По оценкам одной из статей, углеродный пар состоит примерно на 28% из двухатомных атомов. [2] но теоретически это зависит от температуры и давления.
Электромагнитные свойства
[ редактировать ]Электроны в двухатомном углероде распределяются по молекулярным орбиталям в соответствии с принципом Ауфбау, создавая уникальные квантовые состояния с соответствующими энергетическими уровнями. Состояние с наименьшим энергетическим уровнем, или основное состояние, является синглетным состоянием ( 1 С +
г ), который систематически называют этен-1,2-диилиденом или диуглеродом(0•). Существует несколько возбужденных синглетных и триплетных состояний, относительно близких по энергии к основному состоянию, которые в условиях окружающей среды составляют значительную часть образца диуглерода. Когда большинство этих возбужденных состояний подвергаются фотохимической релаксации, они излучают в инфракрасной области электромагнитного спектра. Тем не менее, один штат, в частности, выбрасывает выбросы в зеленом регионе. Это состояние является тройным состоянием ( 3 Πg . ), который систематически называют этен-μ,μ-диил-μ-илиденом или диуглеродом(2•) Кроме того, существует возбужденное состояние, несколько дальше по энергии от основного состояния, которое образует лишь значительную часть образца диуглерода при облучении средним ультрафиолетом. При релаксации это возбужденное состояние флуоресцирует в фиолетовой области и фосфоресцирует в синей области. Это состояние также является синглетным состоянием ( 1 Πg . ), который также называют этен-μ,μ-диил-μ-илиденом или диуглеродом(2•)
Состояние Возбуждение
энтальпия
(кДж моль −1 )Релаксация
переходРелаксация
длина волныРелаксация ЭМ-области Х 1 С +
г0 – – – а 3 П
в8.5 а 3 П
u → X 1 С +
г14,0 мкм Длинноволновое инфракрасное излучение б 3 С −
г77.0 б 3 С −
g → a 3 П
в1,7 мкм Коротковолновое инфракрасное излучение А 1 П
в100.4 А 1 П
u → X 1 С +
г
А 1 П
u → b 3 С −
г1,2 мкм
5,1 мкмБлижний инфракрасный диапазон
Средневолновой инфракрасныйБ 1 С +
г? Б 1 С +
g → A 1 П
в
Б 1 С +
g → a 3 П
в?
??
?с 3 С +
в159.3 с 3 С +
u → b 3 С −
г
с 3 С +
u → X 1 С +
г
с 3 С +
u → B 1 С +
г1,5 мкм
751,0 нм
?Коротковолновое инфракрасное излучение
Ближний инфракрасный диапазон
?д 3 П
г239.5 д 3 П
g → a 3 П
в
д 3 П
g → c 3 С +
в
д 3 П
g → A 1 П
в518,0 нм
1,5 мкм
860,0 нмЗеленый
Коротковолновое инфракрасное излучение
Ближний инфракрасный диапазонС 1 П
г409.9 С 1 П
g → A 1 П
в
С 1 П
g → a 3 П
в
С 1 П
g → c 3 С +
в386,6 нм
298,0 нм
477,4 нмФиолетовый
Средний ультрафиолет
Синий
Теория молекулярных орбиталей показывает, что в вырожденном наборе пи-связывающих орбиталей имеется два набора спаренных электронов. Это дает порядок связи 2, что означает, что между двумя атомами углерода в молекуле C 2 должна существовать двойная связь . [3] Вместо этого один анализ предположил, что существует четверная связь , [4] интерпретация, которая была оспорена. [5] Расчеты CASSCF показывают, что четверная связь, основанная на теории молекулярных орбиталей, также является разумной. [3] Энергия диссоциации связи (BDE) B 2 , C 2 и N 2 показывает увеличение BDE, указывая на одинарные , двойные и тройные связи соответственно.
В некоторых формах кристаллического углерода, таких как алмаз и графит, в месте связи плотности заряда возникает седловая точка или «горб». Триплетное состояние C 2 действительно следует этой тенденции. Однако синглетное состояние C 2 действует скорее как кремний или германий ; то есть плотность заряда имеет максимум в месте связи. [6]
Реакции
[ редактировать ]Двухатомный углерод будет реагировать с ацетоном и ацетальдегидом с образованием ацетилена двумя разными путями. [2]
- Молекулы триплета C 2 будут реагировать по межмолекулярному пути, который, как показано, имеет дирадикальный характер. Промежуточным продуктом этого пути является этиленовый радикал. Его абстракция коррелирует с энергиями связи. [2]
- Синглетные молекулы C 2 будут реагировать по внутримолекулярному, нерадикальному пути, при котором два атома водорода будут отняты от одной молекулы. Промежуточным продуктом этого пути является синглетный винилиден . Синглетная реакция может происходить посредством 1,1-диабстракции или 1,2-диабстракции. Эта реакция нечувствительна к изотопному замещению. Различные абстракции, возможно, связаны с пространственной ориентацией столкновений, а не с энергиями связи. [2]
- Синглет C 2 также будет реагировать с алкенами . Ацетилен является основным продуктом; однако, похоже, C 2 будет внедряться в связи углерод-водород.
- C 2 Вероятность внедрения в метильную группу в 2,5 раза выше , чем в метиленовые группы . [7]
- Существует спорная возможность химического синтеза при комнатной температуре через алкинил-λ. 3 -йодан [8] [9]
История
[ редактировать ]
Свет богатых газом комет в основном возникает из-за излучения двухатомного углерода. Примером является C/2014 Q2 (Лавджой) , где есть несколько линий света C 2 , в основном в видимом спектре. [10] , образуя группы Swan . [11] C/2022 E3 (ZTF) , видимый в начале 2023 года, также имеет зеленый цвет из-за присутствия двухатомного углерода. [12]
См. также
[ редактировать ]- Ацетилид - родственное химическое вещество с формулой C. 2−
2
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хоффманн, Роальд (1995). «Маргиналии: C 2 во всех его проявлениях» (PDF) . Американский учёный . 83 (4): 309–311. Бибкод : 1995AmSci..83..309H . JSTOR 29775475 . Архивировано из оригинала (PDF) 21 марта 2023 г. Проверено 22 июля 2017 г.
- ^ Jump up to: а б с д Скелл, Филип С .; Плонка, Джеймс Х. (1970). «Химия синглетных и триплетных молекул С 2 . Механизм образования ацетилена из реакции с ацетоном и ацетальдегидом». Журнал Американского химического общества . 92 (19): 5620–5624. дои : 10.1021/ja00722a014 .
- ^ Jump up to: а б Чжун, Жунлинь; Чжан, Мин; Сюй, Хунлян; Су, Чжунминь (2016). «Скрытая гармония в диуглероде между теориями VB и MO посредством ортогональной гибридизации 3σ g и 2σ u » . Химическая наука . 7 (2): 1028–1032. дои : 10.1039/c5sc03437j . ПМЦ 5954846 . ПМИД 29896370 .
- ^ Шайк, Сасон; Данович, Дэвид; Ву, Вэй; Су, Пейфэн; Рзепа, Генри С .; Хиберти, Филипп К. (2012). «Четверная связь в C 2 и аналогичные восьмивалентные электроны». Природная химия . 4 (3): 195–200. Бибкод : 2012НатЧ...4..195С . дои : 10.1038/nchem.1263 . ПМИД 22354433 .
- ^ Груненберг, Йорг (2012). «Квантовая химия: углерод с четверной связью». Природная химия . 4 (3): 154–155. Бибкод : 2012НатЧ...4..154Г . дои : 10.1038/nchem.1274 . ПМИД 22354425 .
- ^ Челиковский, Джеймс Р .; Труллер, Н.; Ву, К.; Саад, Ю. (1994). «Метод псевдопотенциала конечной разности высшего порядка: приложение к двухатомным молекулам». Физический обзор B . 50 (16): 11356–11364. Бибкод : 1994PhRvB..5011355C . дои : 10.1103/PhysRevB.50.11355 . ПМИД 9975266 .
- ^ Скелл, PS ; Фагон, ФА; Клабунде, К.Дж. (1972). «Реакция двухатомного углерода с алканами и эфирами / захват алкилкарбенов винилиденом». Журнал Американского химического общества . 94 (22): 7862–7866. дои : 10.1021/ja00777a032 .
- ^ Миямото, Кадзунори; Масумото, Юи; Осава, Тайсэй; Очиаи, Масахито; 01 мая 2020 г. «Химический синтез C 2 » . Nature Communications . 11 (1): 2134. Бибкод : 2020NatCo..11.2134M . doi : -x . ISSN 2041-1723 . PMC 7195441 . s41467-020-16025 10.1038 /
- ^ Рзепа, Генри С. (23 февраля 2021 г.). «Термодинамическая оценка заявленного химического синтеза C 2 при комнатной температуре» . Природные коммуникации . 12 (1): 1241. Бибкод : 2021NatCo..12.1241R . дои : 10.1038/s41467-021-21433-8 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 7902603 . ПМИД 33623013 .
- ^ Венкатарамани, Кумар; Гетия, Сатьеш; Ганеш, Шашикиран; и др. (2016). «Оптическая спектроскопия кометы C/2014 Q2 (Лавджой) из инфракрасной обсерватории Маунт-Абу» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 463 (2): 2137–2144. arXiv : 1607.06682 . Бибкод : 2016MNRAS.463.2137V . дои : 10.1093/mnras/stw1820 .
- ^ Микуз, Герман; Динтинджана, Боян (1994). «ПЗС-фотометрия комет» . Международный ежеквартальный журнал Comet . Проверено 26 октября 2006 г.
- ^ Георгиу, Аристос (10 января 2023 г.). «Что делает зеленую комету зеленой?» . Newsweek . Архивировано из оригинала 25 января 2023 г. Проверено 25 января 2023 г.
