atom węgla jest unikalny wśród pierwiastków w swojej tendencji do tworzenia rozległych sieci wiązań kowalencyjnych nie tylko z innymi pierwiastkami, ale także z samym sobą. Ze względu na swoje położenie w połowie drugiego poziomego rzędu układu okresowego, węgiel nie jest ani pierwiastkiem elektropozycyjnym, ani elektronegatywnym; dlatego jest bardziej podatny na współdzielenie elektronów niż na ich zyskanie lub utratę. Ponadto, ze wszystkich pierwiastków drugiego rzędu, węgiel ma maksymalną liczbę elektronów powłoki zewnętrznej (cztery) zdolnych do tworzenia wiązań kowalencyjnych., (Inne pierwiastki, takie jak fosfor i kobalt, są w stanie tworzyć odpowiednio pięć i sześć wiązań kowalencyjnych z innymi pierwiastkami, ale brakuje im zdolności węgla do wiązania się w nieskończoność z samym sobą.) Po całkowitym związaniu z innymi atomami, cztery wiązania atomu węgla są skierowane do narożników czworościanu i tworzą ze sobą kąty około 109,5° (zobacz wiązanie chemiczne: wiązania między atomami)., Rezultatem jest to, że nie tylko atomy węgla mogą łączyć się ze sobą w nieskończoność, dając związki o niezwykle wysokiej masie cząsteczkowej, ale utworzone cząsteczki mogą istnieć w nieskończonej różnorodności struktur trójwymiarowych. Możliwości różnorodności zwiększa obecność atomów innych niż węgiel w związkach organicznych, zwłaszcza wodoru (H), tlenu (O), azotu (N), halogenów (fluoru , chloru , bromu i jodu) i siarki (S). To właśnie ogromny potencjał zmienności właściwości chemicznych sprawił, że związki organiczne stały się niezbędne do życia na Ziemi.,
struktury związków organicznych są powszechnie reprezentowane przez uproszczone wzory strukturalne, które pokazują nie tylko rodzaje i liczby atomów obecnych w cząsteczce, ale także sposób, w jaki atomy są połączone wiązaniami kowalencyjnymi—informacje, których nie dają proste wzory cząsteczkowe, które określają tylko liczbę i rodzaj atomów zawartych w cząsteczce. (W przypadku większości związków nieorganicznych stosowanie wzorów strukturalnych nie jest konieczne, ponieważ tylko kilka atomów jest zaangażowanych i tylko jeden układ atomów jest możliwy.,) We wzorach strukturalnych związków organicznych krótkie linie są używane do reprezentowania wiązań kowalencyjnych. Atomy poszczególnych pierwiastków są reprezentowane przez ich symbole chemiczne, jak w formułach molekularnych.
wzory strukturalne różnią się znacznie ilością trójwymiarowych informacji, które przekazują, a rodzaj wzoru strukturalnego używanego dla jednej cząsteczki zależy od charakteru informacji, które wzór ma wyświetlać. Różne poziomy zaawansowania można zilustrować rozważając niektóre z najmniej złożonych związków organicznych, węglowodory., Na przykład gazowy etan ma wzór cząsteczkowy C2H6. Najprostszy wzór strukturalny, sporządzony w wersji skondensowanej lub rozszerzonej, ujawnia, że etan składa się z dwóch połączonych ze sobą atomów węgla, z których każdy zawiera trzy atomy wodoru. Taka dwuwymiarowa reprezentacja poprawnie pokazuje układ wiązania w etanie, ale nie przekazuje żadnych informacji o jego trójwymiarowej architekturze. Bardziej wyrafinowany wzór strukturalny może być narysowany, aby lepiej reprezentować trójwymiarową strukturę cząsteczki., Taki wzór strukturalny poprawnie pokazuje czworościanową orientację czterech atomów (jednego węgla i trzech hydrogenów) połączonych z każdym węglem oraz specyficzną architekturę cząsteczki.
większe cząsteczki organiczne powstają przez dodanie większej liczby atomów węgla. Na przykład Butan jest gazowym węglowodorem o wzorze cząsteczkowym C4H10 i istnieje jako łańcuch czterech atomów węgla z 10 przyłączonymi atomami wodoru. Ponieważ atomy węgla są dodawane do struktury molekularnej, łańcuch węglowy może rozwijać gałęzie lub tworzyć struktury cykliczne., Bardzo powszechna struktura pierścienia zawiera sześć atomów węgla w pierścieniu, z których każdy jest połączony w układzie czworościennym, jak w cykloheksanie węglowodoru, C6H12. Takie struktury pierścieniowe są często bardzo prosto reprezentowane jako regularne wielokąty, w których każdy wierzchołek reprezentuje atom węgla, a atomy wodoru, które spełniają wymagania wiązania atomów węgla, nie są pokazane. Konwencja wielokątów dla struktur cyklicznych ujawnia zwięźle układ wiązania cząsteczki, ale nie przekazuje wyraźnie informacji o rzeczywistej architekturze trójwymiarowej., Należy zauważyć, że wielokąt jest tylko dwuwymiarowym symbolem dla trójwymiarowej cząsteczki.
w pewnych warunkach wiązania sąsiednie Atomy tworzą ze sobą wiele wiązań. Wiązanie podwójne powstaje, gdy dwa atomy używają dwóch par elektronowych do utworzenia dwóch wiązań kowalencyjnych; Wiązanie potrójne powstaje, gdy dwa atomy dzielą trzy pary elektronowe, tworząc trzy wiązania kowalencyjne. Wiązania wielokrotne mają specjalne cechy strukturalne i elektroniczne, które generują interesujące właściwości chemiczne., Sześć atomów biorących udział w wiązaniu podwójnym (jak w etenie, C2H4) leży w jednej płaszczyźnie, z obszarami powyżej i poniżej płaszczyzny zajmowanymi przez elektrony drugiego wiązania kowalencyjnego. Atomy w wiązaniu potrójnym (jak w acetylenu lub etynie, C2H2) leżą w linii prostej, z czterema regionami obok osi wiązania zajmowanymi przez elektrony drugiego i trzeciego wiązania kowalencyjnego.
Carl R. Noller Melvyn C. Usselman
Dodaj komentarz