탄소 원자 특성, 구조, 혼성화, 분류



그 탄소 원자 그것 덕분에 인생의 존재가 가능하기 때문에 아마도 모든 요소 중에서 가장 중요하고 상징적 인 요소 일 것입니다. 그것은 단지 몇 개의 전자들, 또는 양성자와 중성자가있는 핵뿐만 아니라, 별 모양의 먼지를 포함하며, 그것은 결국 통합되어 생물을 형성하게된다..

등의 철, 탄산, 이산화탄소, 오일, 다이아몬드, 탄수화물로서 있지 비교 풍부한 금속 원소의 일부이더라도 또한, 탄소수가 지표면에 물리적 및 화학적 발현.

그러나 탄소 원자는 어떻게됩니까? 첫 번째 부정확 한 스케치는 위의 이미지에서 관찰되는 스케치이며 그 특징은 다음 섹션에서 설명합니다.

탄소 원자는 대기, 바다, 하층토, 식물 및 동물 종을 통과합니다. 그것의 위대한 화학적 다양성은 링크의 안정성이 높고 공간에서 어떻게 주문되는지에 기인합니다. 따라서, 그것은 한편으로는 매끄럽고 윤활 작용을하는 흑연을 가지고있다. 그리고 다른 한편으로는, 경도가 많은 재료의 경도를 능가하는 다이아몬드.

탄소 원자를 특징 짓는 특성을 갖고 있지 않으면, 유기 화학 아예 존재하지. 어떤 비전이 (등 탄소 나노 튜브, 그래 핀, 풀러렌) 디자인 및 작용의 동소 구조를 통해, 미래의 새로운 재료로 그를 참조.

색인

  • 1 탄소 원자의 특성
  • 2 구조
  • 3 교잡
    • 3.1 sp3
    • 3.2 sp2 및 sp
  • 4 분류
    • 4.1 1 차
    • 4.2 보조
    • 4.3 차상
    • 4.4 제 사기
  • 5 용도
    • 5.1 원자 질량 단위
    • 5.2 탄소 순환과 수명
    • 5.3 13C NMR 분광법
  • 6 참고 문헌

탄소 원자의 특성

탄소 원자가 문자 C. 원자 번호 Z가 6이고 상징하고, 따라서 프로그램 (커넬의 "+"기호가 적색 원) 여섯 개 양자를 갖는다. 또한 여섯 개 중성자 (노란색 동그라미 문자 "N"으로) 그리고 마지막으로 여섯 전자 (블루 ​​스타)가.

원자 입자의 질량의 합은 12.0107 u의 평균값을 제공합니다. 그러나 이미지의 원자는 12 탄소 동위 원소 (12C)는 d로 구성됩니다. 다른 동위 원소들, 13C와 14C는 덜 풍부하고 중성자의 수만 다르다..

그래서이 동위 원소들을 13C에는 추가로 노란색 원이 있고 14C, 두 명 더. 논리적으로 이것은 그들이 더 무거운 탄소 원자.

이 외에도 이와 관련하여 언급 할 수있는 다른 특성은 무엇입니까? 그것은 4가 공유 결합을 형성 할 수있는 4가입니다. 이것은 주기율표 14 족 (VAT)에 위치하며,보다 구체적으로는 블록 p.

그것은 또한 매우 다재다능한 원자이며 주기율표의 거의 모든 원소와 연결될 수 있습니다. 특히 거대 분자 및 선형, 분 지형 및 층상 중합체를 형성하는.

구조

탄소 원자의 구조는 무엇입니까? 이 질문에 대답하려면 먼저 전자 구성으로 이동해야합니다 : 1s22 초22p2 또는 [He] 2s22p2.

따라서 세 가지 궤도가 있습니다 : 1s2, 2 대2 및 2p2, 두 전자 각. 이것은 또한 위의 이미지에서 볼 수있다 : 세 개의 반지를 두 개의 전자 (푸른 별) 각 (반지의 궤도를 혼동하지 : 궤도이다)와 함께.

그러나 두 개의 별은 다른 네 개의 별보다 어두운 파란색 음영을 가지고 있습니다. 왜? 처음 두 개는 내부 레이어 1에 해당하기 때문에2 화학 결합의 형성에 직접적으로 참여하지 않는 [He] 외층의 전자들, 2s 및 2p는.

s와 p 오비탈은 같은 모양을 가지지 않으므로 그림 된 원자는 현실에 맞지 않습니다. 전자와 핵 사이의 거리의 큰 불균형에 더하여 수백 배 더 커야한다..

그러므로 탄소 원자의 구조는 전자가 확산 된 전자 구름으로 "녹아"가는 3 개의 궤도로 이루어져있다. 그리고 핵과이 전자들 사이에는 원자 내부의 거대한 "공허"를 엿볼 수있는 거리가 있습니다.

혼성화

앞서 탄소 원자가 4 가인 것으로 언급되었다. 전자 구성에 따르면 2s 전자는 쌍을 이루고 2p 전자는 쌍을 이루지 않습니다.

이용 가능한 p 궤도가 남아 있는데, 이는 텅 빈 질소 원자에서 추가 전자로 채워진다 (2p3).

공유 결합의 정의에 따르면, 각 원자가 그 전자 형성에 기여할 필요가있다. 그러나, 기초 상태 탄소 원자의 2 개 짝이없는 전자 (각 2 궤도에 하나씩)가 거의 없다. 이것은이 상태에서 2가 원자이고 따라서 두 개의 결합 (-C-)을 형성한다는 것을 의미합니다..

그렇다면 탄소 원자가 어떻게 4 개의 결합을 형성 할 수 있을까요? 이렇게하려면 전자를 2s 궤도에서 2p 높은 궤도로 승격시켜야합니다. 이것으로 4 개의 궤도는 퇴화시키다; 다른 말로하면, 그들은 동일한 에너지 또는 안정성을 갖는다 (정렬됨을 주목하라).

이 과정은 하이브리드 화 (hybridization)로 알려져 있으며, 덕분에 탄소 원자는 4 개의 궤도 sp3 하나의 전자가 각각 4 개의 링크를 형성합니다. 이것은 4가된다는 특성 때문입니다..

sp3

탄소 원자가 sp 하이브리드 화를 보유 할 때3, 4 개의 하이브리드 궤도를 전자 기하학 인 정사면체의 꼭지점에 맞 춥니 다..

그래서, 탄소 sp를 확인할 수 있습니다.3 이것은 메탄 분자에서와 같이 단지 4 개의 단순한 결합을 형성하기 때문에 (CH4). 그리고이 주위에 사면체 환경을 관찰 할 수 있습니다..

sp orbitals의 오버랩3 C-C 결합이 345.6 kJ / mol의 엔탈피를 갖는 것은 매우 효과적이고 안정적이다. 이것은 왜 끝없는 탄소 질 구조와 헤아릴 수없는 수의 유기 화합물이 존재 하는지를 설명합니다. 이 외에도 탄소 원자는 다른 형태의 결합을 형성 할 수있다..

sp2 및 sp

탄소 원자는 또한 다른 하이브 리다이 제이션을 채택 할 수있어 이중 또는 삼중 결합을 형성 할 수 있습니다.

sp 하이브리드 화2, 이미지에서 볼 수 있듯이, 3 개의 sp 오비탈2 퇴화되고 2p 궤도는 변하지 않거나 "순수하다". 3 개의 sp 오비탈2 120 °로 분리 된 탄소는 삼각 평면 전자 기하학을 그려서 3 개의 공유 결합을 형성한다. 2p 궤도는 다른 3 개의 궤도와 수직으로 π : -C = C-.

두 180 떨어진 궤도 SP 혼성화 (SP)의 경우, 즉, 선형 전자 형상을 그리도록. 또는 -C≡C- ·· C = C = C ·· (중심 탄소 SP가 혼성화 한이 시간 탄소 삼중 결합 형태 또는 두 개의 이중 결합을 허용하는 서로 수직 인 두 순수한 2P 궤도를 ).

탄소 (탄소) 주위에 링크를 추가하면 항상 (보통) 숫자가 4와 같음을 알 수 있습니다. 이 정보는 루이스 구조 또는 분자 구조를 그릴 때 필수적입니다. 5 개의 결합을 형성하는 탄소 원자 (= C≡C)는 이론적으로 그리고 실험적으로 허용 할 수 없다.

분류

탄소 원자는 어떻게 분류됩니까? 내부 특성에 의한 분류 그 이상은 분자 환경에 따라 다릅니다. 즉 분자 내에서 탄소 원자는 다음에 따라 분류 될 수있다..

1 차

1 차 탄소는 다른 탄소에만 연결되어있는 탄소입니다. 예를 들어, 에탄의 분자 CH3-CH3 2 개의 결합 된 1 차 탄소로 구성된다. 이것은 탄소 사슬의 끝이나 시작을 알리는 신호입니다..

이차

그것은 두 개의 탄소와 관련이있다. 그래서 프로판 분자의 경우 CH3-CH2-CH3, 매체의 탄소 원자는 2 차 (메틸렌 기, -CH2-).

고등학생

3 차 탄소는 주쇄의 분지를 나타 내기 때문에 나머지 탄소와 다르다. 예를 들어, 2- 메틸 부탄 (이소 펜탄이라고도 함), CH3-CH(CH3) -CH2-CH3 그것은 굵은 글씨로 강조된 3 차 탄소를 가지고있다..

제 사기

그리고 마지막으로 4가 탄소는 그 이름에서 알 수 있듯이 4 개의 다른 탄소 원자와 연결되어 있습니다. 네오 펜탄의 분자, C(CH3)4 4 급 탄소 원자를 가지고있다..

용도

원자 질량 단위

평균 원자 질량 12C는 다른 요소의 질량을 계산하기위한 표준 척도로 사용됩니다. 따라서 수소는이 탄소 동위 원소의 12 분의 1을 차지하는데, 이것은 원자 질량 단위 u.

따라서, 다른 원자 질량은 12C와 1H. 예를 들어, 마그네슘 (24Mg)의 무게는 탄소 원자의 약 2 배, 수소 원자의 24 배이다..

탄소 순환과 수명

식물은 CO를 흡수한다.2 산소를 대기로 방출하고 식물 폐로 작용하는 광합성 과정에서 그들이 죽을 때, 그들은 숯이되고, 연소 후 CO를 방출한다.2. 한 부분은 식물로 되돌아 가지 만 또 다른 부분은 해저에서 끝나며 많은 미생물을 영양합니다.

미생물이 죽을 때, 생물학적 분해 퇴적물에 남아있는 고체, 그리고 수백만 년이 지난 후에, 그것은 오일로 알려진 것으로 변형됩니다.

인류가 석탄을 태우는 대체 에너지 원으로이 기름을 사용하면 더 많은 일산화탄소 방출에 기여합니다2 (및 기타 바람직하지 않은 가스).

반면에, 삶은 기초의 가장 깊은 것에서 탄소 원자를 사용합니다. 이것은 DNA처럼 고분자를 구성하는 사슬과 분자 구조를 형성 할 수있는 결합의 안정성 때문입니다.

NMR 분광법 13C

그 13C보다 훨씬 적은 비율이지만 12C의 존재 량은 탄소 -13 핵 자기 공명 분광학을 통해 분자 구조를 해명하는데 충분하다..

이 분석 기술 덕분에, 어떤 원자가 13C 및 이들이 속하는 작용기를 포함한다. 따라서, 임의의 유기 화합물의 탄소 골격을 결정할 수있다.

참고 문헌

  1. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. 유기 화학. 아민 (제 10 판.) Wiley Plus.
  2. Blake D. (2018 년 5 월 4 일). 탄소의 4 가지 특성. 원본 주소 'sciencing.com'
  3. 화학 왕립 학회. (2018). 탄소. 출처 : rsc.org
  4. 진화의 이해. (s.f.). 탄소 원자의 여행. 원본 주소 'evolution.berkeley.edu'
  5. Encyclopædia Britannica. (2018 년 3 월 14 일). 탄소. 원본 주소 'britannica.com'
  6. Pappas S. (2019 년 9 월 29 일). 탄소에 관한 사실. 원본 주소 'livescience.com'