De kolatom det är kanske det viktigaste och mest emblematiska av alla element, för tack vare det är livets existens möjlig. Det omsluter i sig inte bara några elektroner, eller en kärna med protoner och neutroner, utan också stjärnstoft, som slutar införlivas och bildar levande varelser.
På samma sätt finns kolatomer i jordskorpan, men inte i ett överflöd som kan jämföras med metallelement som järn, karbonater, koldioxid, olja, diamanter, kolhydrater etc., de är en del av dess fysiska och kemiska manifestationer.
Men hur är kolatomen? En första felaktig skiss är den som visas i bilden ovan, vars egenskaper beskrivs i följande avsnitt.
Kolatomer löper genom atmosfären, haven, undergrunden, växterna och alla djurarter. Dess stora kemiska mångfald beror på dess höga bindningsstabilitet och det sätt på vilket de är ordnade i rymden. Således finns det å ena sidan mjuk och smörjande grafit; och å andra sidan diamanten, vars hårdhet överträffar den hos många material.
Om kolatomen inte hade de egenskaper som kännetecknar den, skulle organisk kemi inte existera helt. Vissa visionärer ser i det framtidens nya material genom design och funktionalisering av deras allotropa strukturer (kolnanorör, grafen, fullerener, etc.).
Artikelindex
Kolatomen symboliseras med bokstaven C. Dess atomnummer Z är 6, därför har den sex protoner (röda cirklar med symbolen "+" i kärnan). Dessutom har den sex neutroner (gula cirklar med bokstaven "N") och slutligen sex elektroner (blå stjärnor).
Summan av massorna av dess atompartiklar ger ett medelvärde på 12,0107 u. Atomen i bilden motsvarar emellertid kol 12-isotopen (12C), som består av d. Andra isotoper, såsom 13C och 14C, mindre rikligt, varierar endast i antalet neutroner.
Således, om dessa isotoper ritades 13C skulle ha en ytterligare gul cirkel och 14C, två till. Detta betyder logiskt att de är tyngre kolatomer..
Utöver detta, vilka andra egenskaper kan nämnas i detta avseende? Det är tetravalent, det vill säga det kan bilda fyra kovalenta bindningar. Det finns i grupp 14 (IVA) i det periodiska systemet, mer specifikt i block p.
Det är också en mycket mångsidig atom som kan binda med nästan alla element i det periodiska systemet. särskilt med sig själv och bildar linjära, grenade och laminära makromolekyler och polymerer.
Vad är strukturen hos en kolatom? För att svara på den här frågan måste du först gå till dess elektroniska konfiguration: 1stvå2stvå2 stvå eller [He] 2stvå2 stvå.
Därför finns det tre orbitaler: 1-talettvå, 2-talettvå och 2ptvå, var och en med två elektroner. Detta kan också ses i bilden ovan: tre ringar med två elektroner (blå stjärnor) vardera (misstag inte ringarna för banor: de är orbitaler).
Observera dock att två av stjärnorna har en mörkare nyans i blått än de återstående fyra. Varför? Eftersom de två första motsvarar det inre skiktet 1stvå eller [He], som inte deltar direkt i bildandet av kemiska bindningar; medan de yttre skalelektronerna, 2s och 2p, gör det.
S- och p-orbitalerna har inte samma form, så den illustrerade atomen överensstämmer inte med verkligheten; förutom den stora oproportionen av avståndet mellan elektronerna och kärnan, som borde vara hundratals gånger större.
Därför består kolatomens struktur av tre orbitaler där elektroner "smälter" till suddiga elektroniska moln. Och mellan kärnan och dessa elektroner finns det ett avstånd som avslöjar det enorma "vakuumet" inuti atomen..
Det nämndes tidigare att kolatomen är fyrvärt. Enligt sin elektroniska konfiguration är dess 2s-elektroner parade och 2p-elektronerna oparade:
En p-orbital är tillgänglig, som är tom och fylld med en extra elektron på kväveatomen (2p3).
Enligt definitionen av den kovalenta bindningen är det nödvändigt att varje atom bidrar med en elektron för dess bildning; Det kan dock ses att i baslinjetillstånd av kolatomen har den bara två oparade elektroner (en i varje 2p-omlopp). Detta betyder att det i detta tillstånd är en tvåvärd atom, och därför bildar den bara två bindningar (-C-).
Så hur är det möjligt för kolatomen att bilda fyra bindningar? För att göra detta måste du främja en elektron från 2s-banan till 2-orbitalen med högre energi. Detta gjort, de resulterande fyra orbitalerna är degenererad; med andra ord, de har samma energi eller stabilitet (notera att de är inriktade).
Denna process är känd som hybridisering, och tack vare den har kolatomen nu fyra sp-orbitaler3 med en elektron vardera för att bilda fyra bindningar. Detta beror på dess kännetecken att vara tetravalent.
När kolatomen har en sp-hybridisering3, orienterar sina fyra hybridorbitaler till en tetraederns hörn, vilket är dess elektroniska geometri.
Således kan man identifiera en kolsp3 eftersom det bara bildar fyra enkla bindningar, som i metanmolekylen (CH4). Och runt det kan en tetraedral miljö observeras.
Överlappningen av sp-orbitaler3 den är så effektiv och stabil att den enda C-C-bindningen har en entalpi på 345,6 kJ / mol. Detta förklarar varför det finns oändliga karbonatstrukturer och ett omätligt antal organiska föreningar. Utöver detta kan kolatomer bilda andra typer av bindningar.
Kolatomen kan också anta andra hybridiseringar, vilket gör att den kan bilda en dubbel eller till och med trippelbindning.
I sp-hybridiseringtvå, som det framgår av bilden finns det tre sp-orbitalertvå degenererad och en 2p-orbital förblir oförändrad eller "ren". Med de tre sp-orbitalernatvå 120º från varandra bildar kolet tre kovalenta bindningar som drar en elektronisk geometri i trigonalplanet; medan det med 2p-banan, vinkelrätt mot de andra tre, bildar en π-bindning: -C = C-.
När det gäller sp-hybridisering är det två sp-orbitaler 180 ° från varandra, på ett sådant sätt att de ritar en linjär elektronisk geometri. Den här gången har de två rena 2p-orbitaler, vinkelräta mot varandra, som gör att kolet kan bilda trippelbindningar eller två dubbelbindningar: -C≡C- eller ·· C = C = C ·· (det centrala kolet har sp-hybridisering ).
Observera att alltid (i allmänhet) om bindningarna runt kolet tillsätts kommer det att konstateras att antalet är lika med fyra. Denna information är viktig när man ritar Lewis-strukturer eller molekylära strukturer. En kolatom som bildar fem bindningar (= C≡C) är teoretiskt och experimentellt otillåten.
Hur klassificeras kolatomer? Mer än en klassificering efter interna egenskaper, beror det faktiskt på den molekylära miljön. Det vill säga att inom en molekyl kan dess kolatomer klassificeras enligt följande.
Ett primärt kol är ett som endast är bundet till ett annat kol. Till exempel molekylen etan, CH3-CH3 Den består av två bundna primära kol. Detta signalerar slutet eller början på en koldioxidkedja.
Det är en som är kopplad till två kol. Således, för propanmolekylen, CH3-CHtvå-CH3, den mellersta kolatomen är sekundär (metylengruppen, -CHtvå-).
De tertiära kolerna skiljer sig från resten eftersom grenarna i huvudkedjan kommer ut ur dem. Till exempel 2-metylbutan (även kallad isopentan), CH3-CH(CH3) -CHtvå-CH3 har ett tertiärt kol markerat med fet stil.
Och slutligen är kvaternära kol, som namnet antyder, kopplade till fyra andra kolatomer. Neopentanmolekylen, C(CH3)4 har en kvaternär kolatom.
Den genomsnittliga atommassan för 12C används som ett standardmått för beräkning av massorna för de andra elementen. Således väger väte en tolftedel av denna isotop av kol, som används för att definiera vad som kallas atommassanhet u.
Således kan de andra atommassorna jämföras med den hos 12C och 1H. Till exempel magnesium (24Mg) väger ungefär dubbelt så mycket som en kolatom och 24 gånger mer än en väteatom.
Växter absorberar COtvå i fotosyntesprocessen för att släppa ut syre i atmosfären och fungera som växtlungor. När de dör förvandlas de till kol som efter bränning frigör CO igentvå. En del återvänder till växterna, men en annan hamnar i havsbotten och ger många mikroorganismer näring.
När mikroorganismerna dör, återstår det fasta ämnet i dess biologiska nedbrytningssediment och efter miljontals år omvandlas det till det som kallas olja..
När mänskligheten använder denna olja som en alternativ energikälla för att bränna kol, bidrar det till att mer CO frigörstvå (och andra oönskade gaser).
Å andra sidan använder livet kolatomer inifrån. Detta beror på dess bindnings stabilitet, vilket gör det möjligt att bilda kedjor och molekylära strukturer som utgör makromolekyler lika viktiga som DNA..
De 13C, även om den är i en mycket mindre andel än den för 12C, är dess överflöd tillräcklig för att klargöra molekylära strukturer genom kol 13 kärnmagnetisk resonansspektroskopi.
Tack vare denna analysteknik är det möjligt att bestämma vilka atomer som omger 13C och vilka funktionella grupper de tillhör. Således kan kolskelettet av vilken organisk förening som helst bestämmas..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.