Tetrachlormethan je bezbarvá kapalina s mírným zápachem. Obecně se používala v hasicích přístrojích a chladničkách jako čisticí prekurzor. Sloučenina má chemický vzorec CCl4 a její používání je nyní zakázáno, protože má některé toxické vlastnosti, které mohou poškodit centrální nervový systém člověka. Tetrachlormethan byl poprvé syntetizován jako vedlejší produkt při syntéze chloroformu. Pro pochopení fyzikálních a chemických vlastností této organické sloučeniny je nezbytné znát Lewisovu strukturu, hybridizaci a mnoho dalšího. V tomto článku probereme všechny tyto vlastnosti, abychom pochopili strukturu sloučeniny.
Obsah
Lewisova struktura
V chemii závisí základ pochopení jakékoli vlastnosti sloučeniny na její Lewisově struktuře. G. N. Lewis poprvé navrhl tuto teorii v roce 1916, která pomáhá pochopit zapojení elektronů informujících o struktuře chemické látky. Elektrony, které se podílejí na tvorbě vazeb, jsou známy jako vazebné elektronové páry. Ty, které se na ní nepodílejí, jsou známy pod pojmem nevazebný nebo osamělý pár elektronů. Vazbové i nevazebné elektrony se souhrnně nazývají valenční elektrony.
Lwisova struktura je obrazovým znázorněním valenčních elektronů, které se podílejí na tvorbě vazby, i těch, které se jí neúčastní. Tyčinky nebo přímky znázorňují vazby. Zatímco tečky představují elektrony, které se na vazbě nepodílejí. Lewisova teorie je založena na osmičkovém pravidle, které říká, že atom by měl mít osm elektronů ve vnější slupce, aby byl stabilní.
Pro Lewisovu strukturu CCl4 nejprve vypočítáme celkový počet valenčních elektronů.
Uhlík má čtyři valenční elektrony a každý atom chloru má sedm valenčních elektronů. Protože molekuly chloru jsou čtyři, vypočítáme podle toho počet valenčních elektronů.
= 4 + (4*7)
= 4 + 28
= 32 valenčních elektronů
Všechny čtyři valenční elektrony uhlíku se účastní tvorby vazby. Podobně se na tvorbě vazby podílí jeden elektron tvořící každý atom Chloru. Celkem 8 elektronů tvoří vazby, zatímco ostatní jsou nevazebné páry elektronů.
=32-8
=24
Takže v CCl4 je celkem 24 nevazebných neboli 12 osamělých párů elektronů. Čtyři čáry ve struktuře představují čtyři vazby, zatímco tečky kolem atomu chloru představují valenční elektrony. Každý atom chloru má po vytvoření vazeb šest valenčních elektronů.
Hybridizace
Hybridizace je důležitá pro pochopení molekulové geometrie sloučeniny. Když se hybridizují dva nebo více orbitalů, označujeme je jako hybridní orbitaly. Tyto orbitaly vznikají, když ve sloučenině vznikají vazby.
U této sloučeniny existují čtyři kovalentní vazby mezi centrálním atomem uhlíku a čtyřmi atomy chloru. Protože se na tvorbě vazeb podílejí všechny valenční elektrony uhlíku, podílejí se na tvorbě hybridních orbitalů všechny orbitaly atomu. V tomto případě jeden s orbital a tři p orbitaly atomu uhlíku hybridizují a vytvářejí sp3 hybridizaci. Hybridizace tetrachloridu uhlíku se tedy stává sp3, protože všechny orbitaly atomu uhlíku jsou hybridizovány.
Molekulární geometrie
Jakmile známe Lewisovu strukturu a hybridizaci sloučeniny, snadno pochopíme molekulární geometrii sloučeniny. U této sloučeniny je atom uhlíku v centrální poloze a ostatní atomy chloru jsou umístěny kolem něj. Protože centrální atom má čtyři vazebné páry a hybridizaci sp3, tvar molekuly je tetraedrický.
Zbytek všech nevazebných elektronů je ve struktuře rozložen. Mezi osamělými páry elektronů působí odpudivé síly. V důsledku této odpudivé síly mají osamělé páry tendenci se od sebe v rovině vzdalovat. Vazbový úhel mezi těmito osamělými páry elektronů je 109,8 stupně. Dalším způsobem, jak poznat molekulovou geometrii, je použití teorie VSEPR, která také uvádí, že tvar této molekuly je tetraedrický.
Polarita
Polarita jakékoli sloučeniny závisí na její molekulové geometrii. Když jsou vazebné a nevazebné páry uspořádány v rovině, existuje mezi nimi určitý dipólový moment, který činí molekulu polární. Uspořádání osamělých párů a tvar CCl4 jsou takové, že se dipólový moment elektronových párů ruší. Z tohoto důvodu není u tetrachlormethanu pozorována žádná polarita. CCl4 je tedy nepolární. Tato vlastnost polarity sloučeniny je způsobena symetrickým rozložením nevazebných párů elektronů v rovině.
Závěrečné poznámky
Shrnem tohoto článku lze říci, že tetrachlormethan má celkem 32 valenčních elektronů, z nichž 8 elektronů se účastní tvorby vazby. Zbylých 28 elektronů jsou nevazebné elektrony. Uhlík doplňuje svůj oktet vytvářením vazeb se čtyřmi atomy chloru. Hybridizace CCl4 je sp3 a má tetraedrický tvar. Vazbový úhel mezi osamělými páry elektronů je 109,8 stupně a je nepolární.
.