Carbontetrachlorid ist eine farblose Flüssigkeit mit leichtem Geruch. Es wurde allgemein in Feuerlöschern und Kühlschränken als Reinigungsmittel verwendet. Die Verbindung hat die chemische Formel CCl4 und ist heute verboten, da sie einige giftige Eigenschaften hat, die das zentrale Nervensystem des Menschen schädigen können. Tetrachlorkohlenstoff wurde erstmals als Nebenprodukt bei der Synthese von Chloroform hergestellt. Um die physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser organischen Verbindung zu verstehen, ist es wichtig, die Lewis-Struktur, die Hybridisierung und vieles mehr zu kennen. In diesem Artikel werden wir alle diese Eigenschaften besprechen, um die Struktur der Verbindung zu verstehen.
Inhalt
Lewis-Struktur
In der Chemie hängt die Grundlage für das Verständnis jeder Eigenschaft der Verbindung von ihrer Lewis-Struktur ab. G.N. Lewis schlug diese Theorie erstmals 1916 vor, die zum Verständnis der Beteiligung von Elektronen an der Struktur einer Chemikalie beiträgt. Die Elektronen, die an der Bildung der Bindungen beteiligt sind, werden als Bindungselektronenpaar bezeichnet. Die Elektronen, die nicht an der Bindung beteiligt sind, werden als nichtbindende oder einsame Elektronenpaare bezeichnet. Sowohl die bindenden als auch die nicht bindenden Elektronen zusammen werden als Valenzelektronen bezeichnet.
Die Lewis-Struktur ist die bildliche Darstellung der Valenzelektronen, die an der Bindungsbildung teilnehmen, sowie derjenigen, die nicht daran teilnehmen. Stäbe oder gerade Linien stellen die Bindungen dar. Die Punkte stehen für die nicht bindenden Elektronen. Die Lewis-Theorie basiert auf der Oktettregel, die besagt, dass ein Atom acht Elektronen in seiner äußeren Schale haben sollte, um stabil zu sein.
Für die Lewis-Struktur von CCl4 berechnen wir zunächst die Gesamtzahl der Valenzelektronen.
Kohlenstoff hat vier Valenzelektronen und jedes Chloratom hat sieben Valenzelektronen. Da es vier Chlormoleküle gibt, berechnen wir die Anzahl der Valenzelektronen entsprechend.
= 4 + (4*7)
= 4 + 28
= 32 Valenzelektronen
Alle vier Valenzelektronen des Kohlenstoffs sind an der Bindungsbildung beteiligt. In ähnlicher Weise ist ein einzelnes Elektron von jedem Chloratom an der Bindungsbildung beteiligt. Insgesamt 8 Elektronen bilden die Bindungen, die anderen sind nicht bindende Elektronenpaare.
=32-8
=24
Es gibt also insgesamt 24 nicht-bindende oder 12 einsame Elektronenpaare in CCl4. Vier Linien in der Struktur stellen vier Bindungen dar, während die Punkte um das Chloratom Valenzelektronen darstellen. Jedes Chloratom hat nach der Bildung der Bindungen sechs Valenzelektronen.
Hybridisierung
Die Hybridisierung ist entscheidend für das Verständnis der Molekülgeometrie der Verbindung. Wenn zwei oder mehr Orbitale hybridisieren, wird das Orbital als Hybridorbital bezeichnet. Diese Orbitale werden gebildet, wenn es in der Verbindung Bindungen gibt.
Bei dieser Verbindung gibt es vier kovalente Bindungen zwischen dem zentralen Kohlenstoffatom und vier Chloratomen. Da alle Valenzelektronen des Kohlenstoffs an der Bindungsbildung beteiligt sind, nehmen alle Orbitale des Atoms an der Bildung von Hybridorbitalen teil. In diesem Fall hybridisieren ein s-Orbital und drei p-Orbitale des Kohlenstoffatoms und bilden eine sp3-Hybridisierung. Die Hybridisierung von Tetrachlorkohlenstoff wird also zu einer sp3-Hybridisierung, da alle Orbitale des Kohlenstoffatoms hybridisiert sind.
Molekulare Geometrie
Wenn wir die Lewis-Struktur und die Hybridisierung der Verbindung kennen, wird es einfach, die molekulare Geometrie der Verbindung zu verstehen. Bei dieser Verbindung befindet sich das Kohlenstoffatom in der zentralen Position und alle anderen Chloratome sind um es herum angeordnet. Da das Zentralatom vier Bindungspaare und sp3-Hybridisierung aufweist, ist die Form des Moleküls tetraedrisch.
Der Rest der nicht bindenden Elektronen ist in der Struktur verteilt. Zwischen den einsamen Elektronenpaaren gibt es Abstoßungskräfte. Aufgrund dieser Abstoßungskräfte neigen die einsamen Elektronenpaare dazu, sich in der Ebene weit voneinander zu entfernen. Der Bindungswinkel zwischen diesen einsamen Elektronenpaaren beträgt 109,8 Grad. Eine andere Möglichkeit, die Molekülgeometrie zu bestimmen, ist die Verwendung der VSEPR-Theorie, die ebenfalls besagt, dass die Form dieses Moleküls tetraedrisch ist.
Polarität
Die Polarität einer Verbindung hängt von ihrer Molekülgeometrie ab. Wenn die bindenden und nichtbindenden Paare in der Ebene angeordnet sind, besteht ein Dipolmoment zwischen ihnen, das das Molekül polar macht. Die Anordnung der einsamen Paare und die Form von CCl4 ist so beschaffen, dass das Dipolmoment der Elektronenpaare aufgehoben wird. Aus diesem Grund ist bei Tetrachlorkohlenstoff keine Polarität zu beobachten. CCl4 ist also unpolar. Diese Polaritätseigenschaft der Verbindung ist auf die symmetrische Verteilung der nichtbindenden Elektronenpaare in der Ebene zurückzuführen.
Abschließende Bemerkungen
Zusammenfassend kann man sagen, dass Tetrachlorkohlenstoff insgesamt 32 Valenzelektronen besitzt, von denen 8 an der Bindungsbildung beteiligt sind. Die restlichen 28 Elektronen sind Nicht-Bindungselektronen. Der Kohlenstoff vervollständigt sein Oktett, indem er Bindungen mit vier Chloratomen eingeht. Die Hybridisierung von CCl4 ist sp3 und hat eine tetraedrische Form. Der Bindungswinkel zwischen den einsamen Elektronenpaaren beträgt 109,8 Grad und es ist unpolar.