В молекулярной геометрии , длина связи или длина связи определяются как среднее расстояние между ядрами двух связанных атомов в молекуле . Это передаваемое свойство связи между атомами фиксированного типа, относительно независимое от остальной части молекулы.
Объяснение [ править ]
Длина связи связана с порядком связи : чем больше электронов участвует в образовании связи, тем она короче. Длина Бонд также в обратной зависимости от прочности связи и энергии диссоциации связи : все при прочих равных условиях , более сильную связь будет короче. В связи между двумя идентичными атомами половина расстояния связи равна ковалентному радиусу .
Длины связей измеряют в твердой фазе с помощью дифракции рентгеновских лучей или аппроксимируют в газовой фазе с помощью микроволновой спектроскопии . Связь между данной парой атомов может различаться между разными молекулами. Например, углерод-водородные связи в метане отличаются от таковых в метилхлориде . Однако можно делать обобщения, когда общая структура остается той же.
Длина связи углерода с другими элементами [ править ]
Таблица с экспериментальными одинарными связями углерода с другими элементами [1] приведена ниже. Длины скреплений указаны в пикометрах . Приблизительно расстояние связи между двумя разными атомами представляет собой сумму индивидуальных ковалентных радиусов (они указаны в статьях по химическим элементам для каждого элемента). Как правило, расстояния между связями уменьшаются по строке в периодической таблице и увеличиваются по группе вниз . Эта тенденция идентична тенденции атомного радиуса .
| Связанный элемент | Длина скрепления ( пм ) | Группа |
|---|---|---|
| ЧАС | 106–112 | группа 1 |
| Быть | 193 | группа 2 |
| Mg | 207 | группа 2 |
| B | 156 | группа 13 |
| Al | 224 | группа 13 |
| В | 216 | группа 13 |
| C | 120–154 | группа 14 |
| Si | 186 | группа 14 |
| Sn | 214 | группа 14 |
| Pb | 229 | группа 14 |
| N | 147–210 | группа 15 |
| п | 187 | группа 15 |
| В качестве | 198 | группа 15 |
| Sb | 220 | группа 15 |
| Би | 230 | группа 15 |
| О | 143–215 | группа 16 |
| S | 181–255 | группа 16 |
| Cr | 192 | группа 6 |
| Se | 198–271 | группа 16 |
| Te | 205 | группа 16 |
| Пн | 208 | группа 6 |
| W | 206 | группа 6 |
| F | 134 | группа 17 |
| Cl | 176 | группа 17 |
| Br | 193 | группа 17 |
| я | 213 | группа 17 |
Длина связи в органических соединениях [ править ]
Длина связи между двумя атомами в молекуле зависит не только от атомов, но и от таких факторов, как орбитальная гибридизация, а также электронная и стерическая природа заместителей . Длина связи углерод – углерод (C – C) в алмазе составляет 154 пм. Обычно она считается средней длиной одинарной углерод-углеродной связи, но также является самой большой длиной связи, которая существует для обычных углеродных ковалентных связей. Поскольку одна атомная единица длины (то есть радиус Бора) составляет 52,9177 пм, длина связи C – C составляет 2,91 атомных единиц, или приблизительно три радиуса Бора.
Существуют облигации необычно большой длины. Сообщается, что в одном соединении, трициклобутабензоле , длина связи составляет 160 мкм. Текущий рекордсмен - еще один циклобутабензол с длиной 174 мкм на основе рентгеновской кристаллографии . [2] В соединениях этого типа циклобутановое кольцо будет воздействовать на атомы углерода, соединенные с бензольным кольцом, под углом 90 °, где они обычно имеют углы 120 °.
Существование очень длинной связи C – C до 290 пм утверждается в димере двух тетрацианоэтилендианионов , хотя это касается связи 2-электрон-4-центр. [3] [4] Этот тип связывания также наблюдался в нейтральных димерах феналенила . Длина связи этих так называемых «блинов» [5] составляет до 305 пм.
Более короткая , чем средние расстояния связи С-С также возможно: алкенами и алкины имеют длины связей , соответственно 133 и 120 часов в связи с увеличением с-символом в сигма - связи . В бензоле все связи имеют одинаковую длину: 139 пм. Одинарные углерод-углеродные одинарные связи увеличенный s-характер также заметен в центральной связи диацетилена (137 пм) и некоторого димера тетраэдрана (144 пм).
В пропионитрил циано группа изымает электронов, а также приводит к уменьшению длины связи (144 мкм). Сдавливание связи C – C также возможно путем приложения напряжения . Существует необычное органическое соединение, называемое In-метилциклофаном, с очень коротким расстоянием связи 147 мкм для метильной группы, зажатой между триптиценом и фенильной группой. В эксперименте in silico было оценено расстояние связи 136 пм для неопентана, заключенного в фуллерен . [6] Наименьшая теоретическая одинарная связь C – C, полученная в этом исследовании, составляет 131 пм для гипотетического производного тетраэдрана. [7]
В том же исследовании было установлено, что для растяжения или сжатия связи C – C в молекуле этана на 5 пм требуется 2,8 или 3,5 кДж / моль соответственно. Для растяжения или сжатия той же связи на 15 мкм требуется 21,9 или 37,7 кДж / моль.
| C – H | Длина ( м ) | C – C | Длина (м) | Множественные облигации | Длина (м) |
|---|---|---|---|---|---|
| sp 3 –H | 110 | sp 3 –sp 3 | 154 | Бензол | 140 |
| sp 2 –H | 109 | sp 3 –sp 2 | 150 | Алкен | 134 |
| sp – H | 108 | sp 2 –sp 2 | 147 | Алкин | 120 |
| sp 3 –sp | 146 | Аллен | 130 | ||
| sp 2 –sp | 143 | ||||
| sp – sp | 137 |
Ссылки [ править ]
- ^ Справочник по химии и физике (65-е изд.). CRC Press . 1984-06-27. ISBN 0-8493-0465-2.
- ↑ Фумио Тода (апрель 2000 г.). «Нафтоциклобутены и бензодициклобутадиены: синтез в твердом состоянии и аномалии длин связей» . Европейский журнал органической химии . 2000 (8): 1377–1386. DOI : 10.1002 / (SICI) 1099-0690 (200004) 2000: 8 <1377 :: AID-EJOC1377> 3.0.CO; 2-I . Архивировано из оригинала на 2012-06-29.
- ^ Новоа JJ; Lafuente P .; Del Sesto RE; Миллер Дж.С. (2001-07-02). «Исключительно длинные (2,9 Å) связи C – C между [TCNE] - ионами: двухэлектронная, четырехцентровая связь π * –π * C – C в π- [TCNE] 2 2– » . Angewandte Chemie International Edition . 40 (13): 2540–2545. DOI : 10.1002 / 1521-3773 (20010702) 40:13 <2540 :: АИД-ANIE2540> 3.0.CO; 2-О . Архивировано из оригинала на 2012-06-29.
- ^ Lü J.-M .; Росоха С.В. Кочи Дж. К. (2003). «Стабильные (с длинными связями) димеры посредством количественной самоассоциации различных катионных, анионных и незаряженных радикалов: структуры, энергия и оптические переходы». Варенье. Chem. Soc. 125 (40): 12161–12171. DOI : 10.1021 / ja0364928 . PMID 14519002 .
- ^ Suzuki S .; Morita Y .; Fukui K .; Sato K .; Shiomi D .; Takui T .; Накасудзи К. (2006). «Ароматичность димера нейтрального феналенильного радикала, связанного с блинчиками, по данным МС и ЯМР спектроскопии и анализа NICS». Варенье. Chem. Soc. 128 (8): 2530–2531. DOI : 10.1021 / ja058387z . PMID 16492025 .
- ^ Хантли DR; Markopoulos G .; Донован PM; Скотт LT; Хоффманн Р. (2005). «Выдавливание облигаций C – C». Angewandte Chemie International Edition . 44 (46): 7549–7553. DOI : 10.1002 / anie.200502721 . PMID 16259033 .
- ^ Мартинес-Гуахардо G .; Дональд KJ; Wittmaack BK; Васкес М.А.; Мерино Г. (2010). «Еще короче: сжатие одинарных облигаций C – C». Органические буквы . 12 (18): 4058–61. DOI : 10.1021 / ol101671m . PMID 20718457 .
- ^ Фокс, Мэри Энн; Уайтселл, Джеймс К. (1995). Organische Chemie: Grundlagen, Mechanismen, Bioorganische Anwendungen . Springer. ISBN 978-3-86025-249-9.
Внешние ссылки [ править ]
- Учебник по длине скрепления
