De karbonatom det er kanskje det viktigste og symbolske av alle elementene, fordi takket være det er livets eksistens mulig. Det omslutter i seg selv ikke bare noen få elektroner, eller en kjerne med protoner og nøytroner, men også stjernestøv, som ender med å bli innlemmet og danner levende vesener.
Likeledes finnes karbonatomer i jordskorpen, selv om de ikke er i overflod som kan sammenlignes med metallelementer som jern, karbonater, karbondioksid, olje, diamanter, karbohydrater, etc., men de er en del av dens fysiske og kjemiske manifestasjoner..
Men hvordan er karbonatomet? En første unøyaktig skisse er den som er sett på bildet ovenfor, hvis egenskaper er beskrevet i det følgende avsnittet.
Karbonatomer løper gjennom atmosfæren, havene, undergrunnen, planter og andre dyrearter. Det store kjemiske mangfoldet skyldes den høye stabiliteten til bindingen og måten de er arrangert i rommet. Dermed er det myk og smørende grafitt; og på den andre, diamanten, hvis hardhet overgår mange materialer.
Hvis karbonatomet ikke hadde de egenskapene som kjennetegner det, ville ikke organisk kjemi eksistert helt. Noen visjonærer ser i det fremtidens nye materialer gjennom design og funksjonalisering av deres allotropiske strukturer (karbonnanorør, grafen, fullerener osv.).
Artikkelindeks
Karbonatomet er symbolisert med bokstaven C. Atomnummeret Z er 6, derfor har det seks protoner (røde sirkler med symbolet "+" i kjernen). I tillegg har den seks nøytroner (gule sirkler med bokstaven "N") og til slutt seks elektroner (blå stjerner).
Summen av massene til atompartiklene gir en gjennomsnittsverdi på 12,0107 u. Atomet på bildet tilsvarer imidlertid karbon 12-isotopen (12C), som består av d. Andre isotoper, som 1. 3C og 14C, mindre rikelig, varierer bare i antall nøytroner.
Dermed, hvis disse isotopene ble tegnet, ble 1. 3C ville ha en ekstra gul sirkel, og 14C, to til. Dette betyr logisk at de er tyngre karbonatomer..
I tillegg til dette, hvilke andre egenskaper kan nevnes i denne forbindelse? Det er tetravalent, det vil si at det kan danne fire kovalente bindinger. Den er lokalisert i gruppe 14 (IVA) i det periodiske systemet, nærmere bestemt i blokk p.
Det er også et veldig allsidig atom som er i stand til å binde seg til nesten alle elementene i det periodiske systemet. spesielt med seg selv, og danner lineære, forgrenede og laminære makromolekyler og polymerer.
Hva er strukturen til et karbonatom? For å svare på dette spørsmålet må du først gå til den elektroniske konfigurasjonen: 1sto2sto2 sto eller [Han] 2sto2 sto.
Derfor er det tre orbitaler: 1sto, 2-åreneto og 2pto, hver med to elektroner. Dette kan også sees på bildet ovenfor: tre ringer med to elektroner (blå stjerner) hver (ikke feil ringene for baner: de er orbitaler).
Vær imidlertid oppmerksom på at to av stjernene har en mørkere blå nyanse enn de resterende fire. Hvorfor? Fordi de to første tilsvarer det indre laget 1sto eller [He], som ikke deltar direkte i dannelsen av kjemiske bindinger; mens de ytre skallelektronene, 2s og 2p, gjør det.
S- og p-orbitalene har ikke samme form, så det illustrerte atomet stemmer ikke overens med virkeligheten; i tillegg til den store disproporsjonen av avstanden mellom elektronene og kjernen, som burde være hundrevis av ganger større.
Derfor består strukturen til karbonatomet av tre orbitaler der elektroner "smelter" til uskarpe elektroniske skyer. Og mellom kjernen og disse elektronene er det en avstand som avslører det enorme "vakuumet" inne i atomet..
Det ble nevnt tidligere at karbonatomet er tetravalent. I henhold til den elektroniske konfigurasjonen er 2s elektronene paret og 2p elektronene ikke parret:
En p-bane er tilgjengelig, som er tom og fylt med et ekstra elektron på nitrogenatomet (2p3).
I henhold til definisjonen av den kovalente bindingen er det nødvendig at hvert atom bidrar med et elektron for dannelsen; det kan imidlertid sees at i grunnlinjetilstand av karbonatomet, har den bare to ikke-parrede elektroner (en i hver 2p-bane). Dette betyr at det i denne tilstanden er et toverdig atom, og derfor danner det bare to bindinger (-C-).
Så hvordan er det mulig for karbonatomet å danne fire bindinger? For å gjøre dette må du fremme et elektron fra 2s-orbital til 2p-orbital med høyere energi. Dette er gjort, de resulterende fire orbitalene er utartet; med andre ord, de har samme energi eller stabilitet (merk at de er justert).
Denne prosessen er kjent som hybridisering, og takket være den har karbonatomet nå fire sp-orbitaler3 med ett elektron hver for å danne fire bindinger. Dette skyldes dets karakteristikk av å være tetravalent.
Når karbonatomet har en sp-hybridisering3, orienterer sine fire hybridorbitaler til toppunktene til en tetraeder, som er dens elektroniske geometri.
Dermed kan man identifisere et karbon sp3 fordi den bare danner fire enkle bindinger, som i metanmolekylet (CH4). Og rundt det kan man observere et tetraedermiljø.
Overlappingen av sp-orbitaler3 det er så effektivt og stabilt at den enkle C-C-bindingen har en entalpi på 345,6 kJ / mol. Dette forklarer hvorfor det er uendelige karbonatstrukturer og et umåtelig antall organiske forbindelser. I tillegg til dette kan karbonatomer danne andre typer bindinger.
Karbonatomet er også i stand til å vedta andre hybridiseringer, som gjør det mulig å danne en dobbelt eller til og med tredobbelt binding.
I sp hybridiseringto, som vist på bildet, er det tre sp-orbitalerto utartet og en 2p orbital forblir uendret eller "ren". Med de tre sp-orbitaleneto 120º fra hverandre danner karbonet tre kovalente bindinger som tegner en trigonalplan elektronisk geometri; mens den med 2p-bane, vinkelrett på de andre tre, danner den en π-binding: -C = C-.
Når det gjelder sp-hybridisering, er det to sp-orbitaler 180 ° fra hverandre, på en slik måte at de tegner en lineær elektronisk geometri. Denne gangen har de to rene 2p orbitaler, vinkelrett på hverandre, som gjør at karbonet kan danne trippelbindinger eller to dobbeltbindinger: -C≡C- eller ·· C = C = C ·· (det sentrale karbonet har sp hybridisering ).
Merk at alltid (generelt) hvis bindingene rundt karbonet tilsettes, vil det bli funnet at tallet er lik fire. Denne informasjonen er viktig når du tegner Lewis-strukturer eller molekylære strukturer. Et karbonatom som danner fem bindinger (= C≡C) er teoretisk og eksperimentelt ikke tillatt.
Hvordan klassifiseres karbonatomer? Mer enn en klassifisering etter interne egenskaper, avhenger det faktisk av molekylærmiljøet. Det vil si at i et molekyl kan karbonatomer klassifiseres i henhold til følgende.
Et primært karbon er et som bare er bundet til et annet karbon. For eksempel molekylet etan, CH3-CH3 Den består av to bundne primærkarboner. Dette signaliserer slutten eller begynnelsen av en karbonkjede.
Det er en som er knyttet til to karbonatomer. Således, for propanmolekylet, CH3-CHto-CH3, det midterste karbonatomet er sekundært (metylengruppen, -CHto-).
Tertiære karbonene skiller seg fra resten fordi grener av hovedkjeden kommer ut av dem. For eksempel 2-metylbutan (også kalt isopentan), CH3-CH(CH3) -CHto-CH3 har et tertiært karbon uthevet med fet skrift.
Og til slutt er kvaternære karbon, som navnet antyder, knyttet til fire andre karbonatomer. Neopentanmolekylet, C(CH3)4 har et kvaternært karbonatom.
Den gjennomsnittlige atommassen til 12C brukes som et standardmål for å beregne massene til de andre elementene. Dermed veier hydrogen en tolvtedel av denne isotopen av karbon, som brukes til å definere det som er kjent som atommasseenhet u.
Dermed kan de andre atommassene sammenlignes med den til 12C og 1H. For eksempel magnesium (24Mg) veier omtrent det dobbelte av vekten av et karbonatom, og 24 ganger mer enn et hydrogenatom.
Planter absorberer COto i fotosynteseprosessen for å frigjøre oksygen i atmosfæren og fungere som plantelunger. Når de dør, blir de til kull, som etter brenning frigjør CO igjento. En del kommer tilbake til plantene, men en annen havner i havbunnen og nærer mange mikroorganismer.
Når mikroorganismene dør, forblir det faste stoffet i dets biologiske nedbrytningssedimenter, og etter millioner av år blir det omdannet til det som kalles olje..
Når menneskeheten bruker denne oljen som en alternativ energikilde til forbrenning av kull, bidrar det til frigjøring av mer COto (og andre uønskede gasser).
På den annen side bruker livet karbonatomer dypt inne. Dette skyldes stabiliteten til bindingene, som gjør det mulig å danne kjeder og molekylære strukturer som utgjør makromolekyler som er like viktige som DNA..
De 1. 3C, selv om den er i en mye mindre andel enn den til 12C, er dens overflod tilstrekkelig til å belyse molekylære strukturer ved karbon 13 kjernemagnetisk resonansspektroskopi.
Takket være denne analyseteknikken er det mulig å bestemme hvilke atomer som omgir 1. 3C og hvilke funksjonelle grupper de tilhører. Dermed kan karbonskjelettet til en hvilken som helst organisk forbindelse bestemmes..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.