Hiilitetrakloridi on väritön neste, joka haisee hieman. Sitä käytettiin yleensä palosammuttimissa ja jääkaapeissa puhdistuksen esiasteena. Yhdisteen kemiallinen kaava on CCl4 ja sen käyttö on nykyään kielletty, koska sillä on joitakin myrkyllisiä ominaisuuksia, jotka voivat vahingoittaa ihmisen keskushermostoa. Hiilitetrakloridia syntetisoitiin ensimmäisen kerran kloroformin synteesin sivutuotteena. Tämän orgaanisen yhdisteen fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien ymmärtämiseksi on tärkeää tuntea Lewisin rakenne, hybridisaatio ja paljon muuta. Tässä artikkelissa keskustelemme kaikista tällaisista ominaisuuksista yhdisteen rakenteen ymmärtämiseksi.
Sisältö
Lewis-rakenne
Kemiassa yhdisteen minkä tahansa ominaisuuden ymmärtämisen perusta riippuu sen Lewis-rakenteesta. G.N Lewis ehdotti ensimmäisen kerran vuonna 1916 tätä teoriaa, joka auttaa ymmärtämään elektronien osallisuutta kemikaalin rakenteeseen. Elektronit, jotka osallistuvat sidosten muodostamiseen, tunnetaan sidoselektroniparina. Ne elektronit, jotka eivät osallistu siihen, tunnetaan termillä ei-sitoutuva tai yksinäinen elektronipari. Sekä sitovia että ei-sitovia elektroneja kutsutaan yhdessä valenssielektroneiksi.
Lewisin rakenne on kuvallinen esitys valenssielektroneista, jotka osallistuvat sidosten muodostamiseen sekä niistä, jotka eivät osallistu. Tikut tai suorat viivat edustavat sidoksia. Kun taas pisteet edustavat ei-sitoutuvia elektroneja. Lewisin teoria perustuu oktettisääntöön, jonka mukaan atomilla pitäisi olla kahdeksan elektronia ulkokuorensa sisällä, jotta se olisi stabiili.
Lasketaan ensin CCl4:n Lewisin rakenteen osalta valenssielektronien kokonaismäärä.
Hiilellä on neljä valenssielektronia ja kullakin klooriatomilla on seitsemän valenssielektronia. Koska kloorimolekyylejä on neljä, lasketaan valenssielektronien määrä vastaavasti.
= 4 + (4*7)
= 4 + 28
= 32 valenssielektronia
Kaikki hiilen neljä valenssielektronia osallistuvat sidoksen muodostukseen. Vastaavasti yksi elektroni kustakin klooriatomista osallistuu sidoksen muodostumiseen. Yhteensä 8 elektronia muodostaa sidoksia, kun taas muut ovat ei-sitovia elektronipareja.
=32-8
=24
Siten CCl4:ssä on yhteensä 24 ei-sitoutuvaa tai 12 yksinäistä elektroniparia. Neljä viivaa rakenteessa edustaa neljää sidosta, kun taas pisteet klooriatomin ympärillä edustavat valenssielektroneita. Kullakin klooriatomilla on kuusi valenssielektronia sen jälkeen, kun sidokset on muodostettu.
Hybridisaatio
Hybridisaatio on elintärkeää yhdisteen molekyyligeometrian ymmärtämiseksi. Kun kaksi tai useampi orbitaali hybridisoituu, orbitaalia kutsutaan hybridiorbitaaliksi. Nämä orbitaalit muodostuvat, kun yhdisteessä on sidosmuodostumia.
Tässä yhdisteessä on neljä kovalenttista sidosta keskeisen hiiliatomin ja neljän klooriatomin välillä. Koska kaikki hiilen valenssielektronit osallistuvat sidosten muodostumiseen, kaikki atomin orbitaalit osallistuvat hybridiorbitaalien muodostumiseen. Tässä hiiliatomin yksi s-orbitaali ja kolme p-orbitaalia hybridisoituvat ja muodostavat sp3-hybridisaation. Hiilitetrakloridin hybridisaatiosta tulee siis sp3, koska kaikki hiiliatomin orbitaalit hybridisoituvat.
Molekyyligeometria
Kun tiedämme yhdisteen Lewisin rakenteen ja hybridisaation, on helppo ymmärtää yhdisteen molekyyligeometria. Tässä yhdisteessä hiiliatomi on keskiasennossa ja loput klooriatomit on sijoitettu sen ympärille. Koska keskeisellä atomilla on neljä sidosparia ja sp3-hybridisaatio, molekyylin muoto on tetraedrinen.
Loppuosa kaikista ei-sitoutuvista elektroneista on hajautettu rakenteeseen. Yksinäisten elektroniparien välillä on hylkiviä voimia. Tämän repulsiovoiman vuoksi yksinäisillä pareilla on taipumus mennä kaukana toisistaan tasossa. Näiden yksinäisten elektroniparien välinen sidoskulma on 109,8 astetta. Toinen tapa tietää molekyyligeometria on käyttää VSEPR-teoriaa, jonka mukaan myös tämän molekyylin muoto on tetraedrinen.
Polariteetti
Minkä tahansa yhdisteen polariteetti riippuu sen molekyyligeometriasta. Kun sitoutuvat ja sitoutumattomat parit ovat tasossa, niiden välillä on jokin dipolimomentti, joka tekee molekyylistä poolisen. CCl4:n yksinäisten parien sijoittelu ja muoto on sellainen, että elektroniparien dipolimomentti mitätöityy. Tämän vuoksi hiilitetrakloridissa ei havaita poolisuutta. CCl4 on siis pooliton. Tämä yhdisteen poolisuusominaisuus johtuu sitoutumattomien elektroniparien symmetrisestä jakautumisesta tasossa.
Loppuhuomautukset
Tämän artikkelin yhteenvetona voidaan todeta, että hiilitetrakloridilla on yhteensä 32 valenssielektronia, joista 8 elektronia osallistuu sidoksen muodostamiseen. Loput 28 elektronia ovat sitoutumattomia elektroneja. Hiili täydentää kahdeksikon muodostamalla sidoksia neljän klooriatomin kanssa. CCl4:n hybridisaatio on sp3 ja sillä on tetraedrin muoto. Sitoutumiskulma on 109,8 astetta yksinäisten elektroniparien välillä ja se on pooliton.