Dvouatomový uhlík
Dvouatomový uhlík, také nazývaný diuhlík nebo 1λ2,2λ2-ethen je zelená plynná anorganická látka se vzorcem C=C, také zapisovaným jako C2 nebo [C2]. Za běžných teplot a tlaků je nestabilní, přičemž podléhá autopolymerizaci. Vyskytuje se v parách uhlíku, například v elektrických obloucích; také na kometách, v atmosférách hvězd, v mezihvězdném prostředí a v modrých plamenech uhlovodíků.[1] Jedná se, po atomárním uhlíku, o druhou nejjednodušší formu uhlíku. Používá se jako meziprodukt při přípravě fullerenů.
| Dvouatomový uhlík | |
|---|---|
 Strukturní vzorec | |
| Obecné | |
| Systematický název | ethendiyliden |
| Ostatní názvy | 1λ2,2λ2-ethen, diuhlík |
| Sumární vzorec | C2 |
| Vzhled | zelený plyn |
| Identifikace | |
| Registrační číslo CAS | 12070-15-4 |
| PubChem | 139247 |
| ChEBI | 30083 |
| SMILES | [C]=[C] |
| InChI | InChI=1S/C2/c1-2 |
| Vlastnosti | |
| Molární hmotnost | 24,022 g/mol |
Některá data mohou pocházet z datové položky. | |
Vlastnosti
editovatC2 je složkou par uhlíku. V jedné studii bylo odhadnuto, že páry uhlíku se z dvouatomových molekul asi z 28 %[2], tato hodnota ovšem závisí na tlaku a teplotě.
Elektromagnetické vlastnosti
editovatElektrony v dvouatomovém uhlíku jsou mezi orbitaly rozdělené podle výstavbového principu a zaujímají rozdílné energetické hladiny. Stav s nejnižší energií je základní singletový stav, (1Σ +
g ), systematickým názvem ethen-1,2-diyliden. Existuje také několik excitovaných singletových a tripletových stavů, jejichž energie je podobná základnímu stavu a mají tak za běžných podmínek významné zastoupení. Při přechodu do základního stavu vyzařují infračervené záření. Jeden z nich ovšem částečně vyzařuje v oblasti zeleného světla, zde jde o tripletový stav (3Πg), který má systematický název ethen-μ,μ-diyl-μ-yliden. Existuje i excitovaný stav s vyšší energií, který ovšem má významný podíl pouze po ozáření diuhlíku ultrafialovým zářením; při návratu do základního stavu fluoreskuje ve fialovém světle.
Stav Excitační
entalpie
(kJ mol−1)Přechod do
základního stavuVlnová délka
vyzářená při přechoduOblast elektromagnetického záření X1Σ +
g0 – – – a3Π
u8,5 a3Π
u →X1Σ +
g14,0 μm Dlouhovlnná infračervená b3Σ −
g77,0 b3Σ −
g →a3Π
u1,7 μm Středněvlnná infračervená A1Π
u100,4 A1Π
u →X1Σ +
g
A1Π
u →b3Σ −
g1,2 μm
5,1 μmBlízká infračervená
Středněvlnná infračervenáB1Σ +
g? B1Σ +
g →A1Π
u
B1Σ +
g →a3Π
u?
??
?c3Σ +
u159,3 c3Σ +
u →b3Σ −
g
c3Σ +
u →X1Σ +
g
c3Σ +
u →B1Σ +
g1,5 μm
751,0 nm
?Krátkovlnná infračervená
Červená
?d3Π
g239,5 d3Π
g →a3Π
u
d3Π
g →c3Σ +
u
d3Π
g →A1Π
u518,0 nm
1,5 μm
860,0 nmZelená
Krátkovlnná infračervená
Blízká infračervenáC1Π
g409,9 C1Π
g →A1Π
u
C1Π
g →a3Π
u
C1Π
g →c3Σ +
u386,6 nm
298,0 nm
477,4 nmFialová
Střední ultrafialová
Modrá
Z diagramu molekulových orbitalů vyplývá, že se v molekule C2 nachází dva volné elektronové páry, a tak je mezi uhlíkovými atomy dvojná vazba.[3] Existuje však analýza, podle které se zde vyskytuje čtverná vazba,[4] ovšem její výsledky jsou sporné.[5]
Disociační energie vazeb v řadě B2, C2 a N2 klesá, což naznačuje postupně přítomnost jednoduché, dvojné a trojné vazby.
Reakce
editovatDiuhlík reaguje s acetonem a acetaldehydem za vzniku acetylenu, přičemž existují dvě varianty takové reakce:[2]
- Tripletové molekuly C2 reagují radikálovým mechanismem, meziproduktem je ethylenový radikál.[2]
- Singletové molekuly C2 reagují vnitromolekulárním neradikálovým mechanismem, v němž se odštěpí dva vodíkové atomy od jedné molekuly; meziproduktem je zde singletový vinyliden. Odštěpení vodíků je obvykle typu 1,1 i typu 1,2 - záleží na pozicích na molekule, ze které se vodíkové atomy odštěpí; v závislosti na prostorovém uspořádání částic při srážkách jsou možné i jiné typy.[2] Singletový C2 rovněž reaguje s alkeny, přičemž je acetylen hlavním produktem, ovšem k připojení C2 dochází na místě vazeb C-H.
- C2 2,5krát pravděpodobněji vstupuje do methylové než do methylenové skupiny.[6]
Reference
editovatV tomto článku byl použit překlad textu z článku Diatomic carbon na anglické Wikipedii.
- ↑ Roald Hoffmann. Marginalia: C2 In All Its Guises. American Scientist. 1995, s. 309–311. Dostupné online. JSTOR 29775475. Bibcode 1995AmSci..83..309H. Archivováno 21. 3. 2023 na Wayback Machine.
- ↑ a b c d Philip S. Skell; James H. Plonka. Chemistry of the singlet and triplet C2 molecules. Mechanism of acetylene formation from reaction with acetone and acetaldehyde. Journal of the American Chemical Society. 1970, s. 5620–5624. DOI 10.1021/ja00722a014.
- ↑ Ronglin Zhong; Min Zhang; Hongliang Xu; Zhongmin Su. Latent harmony in dicarbon between VB and MO theories through orthogonal hybridization of 3σg and 2σu. Chemical Science. 2016, s. 1028–1032. DOI 10.1039/c5sc03437j.
- ↑ Sason Shaik; David Danovich; Wei Wu; Peifeng Su; Henry S. Rzepa; Philippe C. Hiberty. Quadruple bonding in C2 and analogous eight-valence electron species. Nature Chemistry. 2012, s. 195–200. DOI 10.1038/nchem.1263. Bibcode 2012NatCh...4..195S.
- ↑ Jörg Grunenberg. Quantum chemistry: Quadruply bonded carbon. Nature Chemistry. 2012, s. 154–155. DOI 10.1038/nchem.1274. Bibcode 2012NatCh...4..154G.
- ↑ Philip S. Skell; F. A. Fagone; K. J. Klabunde. Reaction of Diatomic Carbon with Alkanes and Ethers/ Trapping of Alkylcarbenes by Vinylidene. Journal of the American Chemical Society. 1972, s. 7862–7866. DOI 10.1021/ja00777a032.