Koolstoftetrachloride is een kleurloze vloeistof met een lichte geur. Het werd over het algemeen gebruikt in brandblussers en koelkasten als een precursor voor reiniging. De verbinding heeft als chemische formule CCl4 en is nu verboden voor gebruik omdat het enkele toxische eigenschappen heeft die het centrale zenuwstelsel van de mens kunnen beschadigen. Tetrachloorkoolstof werd voor het eerst gesynthetiseerd als bijproduct bij de synthese van chloroform. Om de fysische en chemische eigenschappen van deze organische verbinding te begrijpen, is het van vitaal belang de Lewisstructuur, hybridisatie en nog veel meer te kennen. In dit artikel zullen we al deze eigenschappen bespreken om de structuur van de verbinding te begrijpen.
Inhoud
Lewisstructuur
In de scheikunde is de basis voor het begrijpen van elke eigenschap van een verbinding afhankelijk van de Lewisstructuur. G.N Lewis stelde deze theorie voor het eerst voor in 1916 en helpt bij het begrijpen van de betrokkenheid van elektronen die de structuur van een chemische stof bepalen. De elektronen die deelnemen aan de vorming van de bindingen staan bekend als het bindingspaar elektronen. De elektronen die niet deelnemen aan de vorming van bindingen staan bekend onder de term niet-bindend of lone elektronenpaar. Zowel de bindende als de niet-verbindende elektronen tezamen worden valentie-elektronen genoemd.
De Lewis-structuur is de picturale weergave van de valentie-elektronen die zowel aan de bindingsvorming deelnemen als aan die welke dat niet doen. Stokken of rechte lijnen stellen de bindingen voor. Terwijl de stippen de niet-bindende elektronen voorstellen. De Lewis-theorie is gebaseerd op de octet-regel, die stelt dat een atoom acht elektronen in zijn buitenste schil moet hebben om stabiel te zijn.
Voor de Lewis-structuur van CCl4 berekenen we eerst het totaal aantal valentie-elektronen.
Koolstof heeft vier valentie-elektronen en elk chlooratoom heeft zeven valentie-elektronen. Omdat er vier moleculen Chloor zijn, zullen we het aantal valentie-elektronen dienovereenkomstig berekenen.
= 4 + (4*7)
= 4 + 28
= 32 valentie-elektronen
Alle vier valentie-elektronen van Koolstof nemen deel aan de bindingsvorming. Op dezelfde manier neemt een enkel elektron van elk chlooratoom deel aan de bindingsvorming. Totaal 8 elektronen vormen de bindingen, terwijl andere elektronenparen zijn die geen bindingen vormen.
=32-8
=24
Er zijn dus in totaal 24 niet-bindende of 12 eenzame elektronenparen in CCl4. Vier lijnen in de structuur vertegenwoordigen vier bindingen, terwijl de stippen rond het chlooratoom valentie-elektronen vertegenwoordigen. Elk chlooratoom heeft zes valentie-elektronen nadat de bindingen zijn gevormd.
Hybridisatie
Hybridisatie is van vitaal belang om de moleculaire geometrie van een verbinding te begrijpen. Wanneer twee of meer orbitalen hybridiseren, wordt de orbitaal bekend als de hybride orbitalen. Deze orbitalen worden gevormd wanneer er bindingsformaties in de verbinding zijn.
Voor deze verbinding zijn er vier covalente bindingen tussen het centrale Koolstofatoom en vier chlooratomen. Omdat alle valentie-elektronen van Koolstof betrokken zijn bij de bindingsvorming, nemen alle banen van het atoom deel aan de vorming van hybride orbitalen. In dit geval hybridiseren één s-baan en drie p-banen van het Koolstofatoom en vormen een sp3 hybridisatie. De hybridisatie van Tetrachloorkoolstof wordt dus sp3, omdat alle banen van het Koolstofatoom gehybridiseerd zijn.
Moleculaire geometrie
Als we eenmaal de Lewisstructuur en hybridisatie van de verbinding kennen, wordt het gemakkelijk om de moleculaire geometrie van de verbinding te begrijpen. In deze verbinding staat het Koolstofatoom centraal en alle andere Chlooratomen zijn eromheen geplaatst. Aangezien het centrale atoom vier gebonden paren heeft en sp3 hybridisatie, is de vorm van het molecuul tetrahedraal.
De rest van de niet-bindende elektronen zijn verspreid in de structuur. Er zijn afstotende krachten tussen het eenzame elektronenpaar. Door deze afstotingskracht hebben de lone paren de neiging ver van elkaar te gaan in het vlak. De bindingshoek tussen deze lone paren van het elektron is 109,8 graden. Een andere manier om de moleculaire geometrie te kennen is met behulp van de VSEPR-theorie, die ook stelt dat de vorm van dit molecuul tetrahedraal is.
Polariteit
De polariteit van een verbinding hangt af van de moleculaire geometrie. Wanneer de bindingsparen en de niet-bindingsparen in het vlak zijn gerangschikt, is er een dipoolmoment tussen hen dat het molecuul polair maakt. De rangschikking van de eenzame paren en de vorm van CCl4 is zodanig dat het dipoolmoment van elektronenparen teniet wordt gedaan. Hierdoor wordt er geen polariteit waargenomen in Tetrachloorkoolstof. CCl4 is dus niet polair. Deze polaire eigenschap van de verbinding is het gevolg van de symmetrische verdeling van de niet-bindende elektronenparen in het vlak.
Conclusie
Om dit artikel samen te vatten, kan worden gezegd dat Tetrachloorkoolstof in totaal 32 valentie-elektronen heeft, waarvan 8 elektronen deelnemen aan de bindingsvorming. De overige 28 elektronen zijn niet-bindende elektronen. Koolstof vervolledigt zijn octet door bindingen te vormen met vier chlooratomen. De hybridisatie van CCl4 is sp3 en heeft een tetrahedrale vorm. De bindingshoek is 109,8 graden tussen de eenzame elektronenparen en het is niet polair.