Τι είναι ο υβριδισμός του αιθυνίου;

Στη θεωρία του δεσμού σθένους, ο τροχιακός υβριδισμός είναι η έννοια της ανάμειξης ατομικών τροχιακών για τη δημιουργία νέων υβριδικών τροχιακών (με διαφορετικές ενέργειες, σχήματα και άλλες ιδιότητες από τα ατομικά τροχιακά) κατάλληλα για ζευγοποίηση ηλεκτρονίων για σχηματισμό χημικών δεσμών. Η οργανική χημική ένωση αιθίνιο, συχνά γνωστή ως ακετυλένιο, έχει τον χημικό τύπο C2H2. Αυτή η ουσία είναι υδρογονάνθρακας αφού ολόκληρη η χημική της σύνθεση αποτελείται μόνο από άτομα υδρογόνου και άνθρακα.

Υπάρχει ένας τριπλός δεσμός μεταξύ δύο ατόμων άνθρακα, το καθένα μεμονωμένα συνδεδεμένο με ένα άλλο άτομο υδρογόνου στο μόριο αιθυνίου. Αξίζει να σημειωθεί ότι και τα τέσσερα άτομα είναι ευθυγραμμισμένα σε ευθεία γραμμή με γωνίες δεσμού περίπου 180 μοιρών. Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι το μήκος του δεσμού άνθρακα-υδρογόνου στο μόριο αιθυνίου είναι περίπου 106 πικόμετρα, αλλά το μήκος του δεσμού άνθρακα-άνθρακα στο μόριο είναι σχεδόν 120,3 πικόμετρα.

Και τα τέσσερα άτομα σε αυτό το μόριο βρίσκονται σε ευθεία γραμμή. Ο υβριδισμός των ερωτήσεων αιθυνίου δείχνει ότι η τριπλή σύνδεση μεταξύ άνθρακα και άνθρακα έχει μήκος μόνο 1,20 Α. Και οι δύο άνθρακες είναι sp-υβριδισμένοι στην υβριδική τροχιακή εικόνα του ακετυλενίου.

Το τροχιακό 2s ενώνεται με το τροχιακό 2px για να δημιουργήσει δύο υβριδικά τροχιακά sp ευθυγραμμισμένα σε γωνία 180° το ένα ως προς το άλλο σε έναν υβριδισμένο με sp άνθρακα (π.χ. κατά μήκος του άξονα x). Τα μη υβριδισμένα τροχιακά 2py και 2pz είναι τοποθετημένα κάθετα κατά μήκος των αξόνων y και z.

1s2 2s2 2p2 αντιπροσωπεύει την ηλεκτρική διάταξη του άνθρακα στη βασική του κατάσταση. Όταν είναι συναρπαστικό, ένα από τα ηλεκτρόνια από το τροχιακό 2s μετακινείται ή πηδά στο τροχιακό 2pz, αλλάζοντας την ηλεκτρική διαμόρφωση σε 1s2 2s1 2px1 2py1 2pz1.

Επειδή το μόριο CH περιέχει μόνο ένα άτομο υδρογόνου, τα τροχιακά 2s1 και 2pz1 υβριδοποιούνται. Κάθε μόριο CH θα παράγει δύο υβριδισμένα τροχιακά sp, με αποτέλεσμα την παραγωγή τεσσάρων υβριδισμένων τροχιακών sp.

Όταν ένα τροχιακό sp από κάθε άνθρακα επικαλύπτεται με το τροχιακό 1s του υδρογόνου κατά τη διάρκεια του υβριδισμού, παράγεται ένας δεσμός σίγμα C-C και δημιουργούνται δύο δεσμοί C-H όταν το δεύτερο τροχιακό sp από κάθε άνθρακα επικαλύπτεται με το τροχιακό 1s του υδρογόνου.

Το άτομο άνθρακα θα έχει δύο μισογεμισμένα τροχιακά 2p σε αυτή τη διαμόρφωση. Αντί να συμμετέχουν στον υβριδισμό, αυτά τα δύο ζεύγη τροχιακών p σχηματίζουν δύο δεσμούς pi, με αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός τριπλού δεσμού.

Πράγματα που πρέπει να θυμάστε σχετικά με τον υβριδισμό του αιθυνίου

Επιπλέον, είναι σημαντικό να σημειωθεί κατά την επίλυση ερωτήσεων υβριδισμού αιθενίου ότι:

• Το μόριο αιθυνίου είναι sp υβριδισμένο επειδή έχει ένα σίγμα και δύο δεσμούς άνθρακα-άνθρακα pi.
• Το άτομο άνθρακα απαιτεί επιπλέον ηλεκτρόνια για να δημιουργήσει τέσσερις δεσμούς με υδρογόνο και άλλα άτομα άνθρακα για να δημιουργήσει το C2H2. Ως αποτέλεσμα, ένα ζεύγος 2s2 μετατοπίζεται στο τροχιακό 2pz, το οποίο δεν είναι πλέον κατειλημμένο.
• Το τροχιακό 2s κάθε άνθρακα συνδυάζεται με ένα από τα τροχιακά 2p για να δημιουργήσει δύο υβριδικά τροχιακά sp.
• Μεταξύ των δύο ατόμων άνθρακα στο αιθένιο, υπάρχει ένας τριπλός δεσμός.
• Κάθε μόριο CH σχηματίζει δύο υβριδισμένα τροχιακά sp, με αποτέλεσμα την παραγωγή τεσσάρων υβριδισμένων τροχιακών sp.
• Όταν ένα τροχιακό sp από κάθε άνθρακα επικαλύπτεται με το τροχιακό 1s του υδρογόνου κατά τη διάρκεια του υβριδισμού, παράγεται ένας δεσμός σίγμα C-C και δημιουργούνται δύο δεσμοί C-H όταν το δεύτερο τροχιακό sp από κάθε άνθρακα επικαλύπτεται με το τροχιακό 1s του υδρογόνου. Το άτομο άνθρακα θα έχει δύο μισογεμάτα τροχιακά 2p σε αυτήν τη διαμόρφωση.
• Αντί να συμμετέχουν στον υβριδισμό, αυτά τα δύο ζεύγη τροχιακών p σχηματίζουν δύο δεσμούς pi, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό τριπλού δεσμού.

Υβριδισμός της σημασίας του αιθυνίου

Μία από τις πιο αξιοσημείωτες εφαρμογές αιθυνίου είναι στη συγκόλληση με αέριο οξυακετυλένιο και στην κοπή αερίου οξυακετυλενίου επειδή το αιθίνιο καίγεται με πολύ καυτή φλόγα. Όταν το αιθένιο υποβάλλεται σε καύση με οξυγόνο, η φλόγα που δημιουργείται είναι γνωστό ότι έχει θερμοκρασία περίπου 3600 Kelvin.

Το ακετυλένιο χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μιας ποικιλίας πολυμερών πολυαιθυλενίου. Όταν το αιθίνιο υφίσταται ημιυδρογόνωση, μετατρέπεται σε αιθυλένιο (αιθένιο). Το αιθυλένιο που παράγεται ως υποπροϊόν αυτής της αντίδρασης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη ύλη σε εργασίες πολυμερισμού για την παραγωγή πολυαιθενίου ως τελικό προϊόν.

Χρησιμοποιείται επίσης στην παραγωγή φορητών φωτιστικών. Για χρήση σε δραστηριότητες εξόρυξης, το καρβίδιο του ασβεστίου συχνά συνδυάζεται με νερό για να παράγει ακετυλένιο, το οποίο χρησιμοποιείται σε λαμπτήρες.

Συμπέρασμα

Το αιθίνιο θεωρείται το απλούστερο αλκύνιο επειδή έχει απλώς δύο άτομα άνθρακα που είναι τριπλά συνδεδεμένα μεταξύ τους. Το αιθένιο, συχνά γνωστό ως ακετυλένιο, έχει τον χημικό τύπο C2H2. Αυτή η ουσία είναι υδρογονάνθρακας αφού ολόκληρη η χημική της σύνθεση αποτελείται μόνο από άτομα υδρογόνου και άνθρακα. Υπάρχει ένας τριπλός δεσμός μεταξύ δύο ατόμων άνθρακα, το καθένα μεμονωμένα συνδεδεμένο με ένα άλλο άτομο υδρογόνου στο μόριο αιθυνίου. Έτσι και τα τέσσερα άτομα ευθυγραμμίζονται σε ευθεία γραμμή με γωνίες δεσμού περίπου 180 μοιρών. Το μόριο αιθυνίου είναι sp υβριδισμένο επειδή έχει έναν δεσμό σίγμα και δύο δεσμούς άνθρακα-άνθρακα pi.

Το αιθύλιο χρησιμοποιείται στη συγκόλληση με αέριο οξυακετυλενίου και στην κοπή αερίου με οξυακετυλένιο, στην παραγωγή πολυμερών πολυαιθυλενίου και στην παραγωγή φορητού φωτισμού. Έτσι, μέσα από αυτές τις σημειώσεις, μάθαμε τη σημασία του υβριδισμού του αιθενίου και συζητήσαμε για την επίλυση των ερωτήσεων υβριδισμού του αιθενίου.