[niestandardowy_recenzent]
Powszechną nazwą CH4 jest metan. Jest to najprostszy węglowodór w cząsteczce organicznej i jest to wodorek C. W strukturze Lewisa CH4 cząsteczka ma kształt czworościenny i ma idealnie kąt wiązania 109.50. Cząsteczka ulega sp3 hybrydyzacja. Jeden atom H znajduje się poniżej płaszczyzny molekularnej, a drugi powyżej płaszczyzny molekularnej.
CH4 służy do syntezy węglowodorów wyższego rzędu w reakcjach organicznych. Jest to prosty alkan, ponieważ wszystkie wiązania CH są pojedyncze.
Jak narysować strukturę CH4 Lewisa?
Rysowanie struktury Lewisa dla metanu (CH4) jest dość proste, ale przeanalizujmy ten proces krok po kroku. Metan jest prostą cząsteczką składającą się z jednego atomu węgla połączonego z czterema atomami wodoru. Oto jak możesz narysować jego strukturę Lewisa:
Policz całkowitą liczbę elektronów walencyjnych: W metanie centralny atom węgla ma 4 elektrony walencyjne, a każdy atom wodoru ma 1 elektron walencyjny. Ponieważ istnieją 4 atomy wodoru, to 4 elektrony walencyjne z wodoru i 4 z węgla, co daje nam w sumie 8 elektronów walencyjnych do pracy.
Określ atom centralny: Węgiel jest mniej elektroujemny niż wodór i może tworzyć więcej wiązań, więc węgiel będzie centralnym atomem w strukturze.
Naszkicuj szkielet cząsteczki: Umieść węgiel w środku i ułóż wokół niego cztery atomy wodoru. To jakby wyobrazić sobie znak plus, z węglem na przecięciu i atomami wodoru na końcach każdej linii.
Rozłóż elektrony walencyjne: Zaczynając od atomów zewnętrznych, umieść wokół nich elektrony, aby reprezentować wiązania między atomami węgla i wodoru. Każde wiązanie między węglem i wodorem będzie wykorzystywać 2 z 8 elektronów walencyjnych. Ponieważ w metanie mamy 4 wiązania CH, wszystkie 8 elektronów jest zużywanych do tworzenia tych wiązań.
Sprawdź regułę oktetu: Każdy atom metanu przestrzega zasad, według których uwielbia żyć. Węgiel otrzymuje swój pełny oktet, ponieważ dzieli 4 elektrony z wodorem (po jednym z każdego wiązania), a każdy wodór jest zadowolony z 2 elektronów (pełna zewnętrzna powłoka wodoru).
Jeśli to konieczne, dodaj samotne pary: W przypadku metanu nie ma samotnych par, ponieważ do tworzenia wiązań wykorzystaliśmy wszystkie elektrony walencyjne, a każdy atom ma wymaganą pełną powłokę zewnętrzną.
Zatem ostateczna struktura Lewisa CH4 to:
Otóż to! Masz strukturę Lewisa dla metanu. Wizualnie zobaczysz węgiel w środku z pojedynczymi liniami (reprezentującymi wiązania pojedyncze) rozciągającymi się do wodorów w czterech punktach kompasu. Struktura metanu jest doskonałym przykładem czworościennej geometrii molekularnej, ale to trochę zagłębia się w kształty molekularne.
Kształt struktury Lewisa CH4
Zgodnie z teorią VSEPR (Valence Shell Electrons Pair Repulsion) jeśli liczba elektronów dowolnej cząsteczki wynosi 8, wówczas cząsteczka przyjmuje geometrię tetraedryczną. Udział elektronów w C wynosi 4, a cztery atomy H wnoszą po 1 elektron, więc całkowita liczba elektronów wyniesie 8. Czyli CH4 struktura Lewisa jest czworościenny.
W CH4 struktura Lewisa, cała gęstość elektronowa leży tylko nad centralnymi atomami C. C jest otoczony czterema atomami H w ugrupowaniu czworościennym. Kształt cząsteczki jest idealny i nie ma odchyleń w kształcie i geometrii, ponieważ nie występuje żadna pojedyncza para ani czynnik destabilizujący.
Elektrony walencyjne CH4
Elektrony obecne na walencyjnej lub najbardziej zewnętrznej powłoce atomu są znane jako elektrony walencyjne. Dla C liczba elektronów walencyjnych wynosi 4, a dla H liczba elektronów walencyjnych wynosi 1.
W strukturze Lewisa CH4 atom C jest grupą 14th element, posiadający konfigurację elektroniczną [On] 2s22p2 więc ma cztery elektrony na swoim najbardziej zewnętrznym orbicie i wszystkie elektrony biorą udział w tworzeniu wiązania sigma z czterema atomami H. W przypadku atomu H wszyscy wiemy, że obecny jest tylko jeden elektron i jest to jego elektron walencyjny, który bierze udział w tworzeniu wiązania z C.
Tak więc w CH4 struktura Lewisa, całkowita liczba elektrony walencyjne to 4+(4*1) = 8 elektronów i pokazano, że oktet liczbowy jest w pełni zaspokojony przez tę cząsteczkę.
Formalna opłata za strukturę Lewisa CH4
Uwzględnienie tej samej elektroujemności wszystkich atomów w danej cząsteczce pozwala na obliczenie określonego ładunku na cząsteczce lub poszczególnych atomach, co nazywa się ładunkiem formalnym. Ładunek formalny jest koncepcją hipotetyczną, dzięki tej koncepcji możemy przewidzieć, czy cząsteczka jest naładowana, czy nie.
Wzór, którego możemy użyć do obliczenia opłaty formalnej, FC = Nv - Nlp -1/2 Nbp
Gdzie Nv to liczba elektronów w powłoce walencyjnej lub najbardziej zewnętrznym orbicie, Nlp to liczba elektronów w pojedynczej parze, a Nbp to całkowita liczba elektronów biorących udział tylko w tworzeniu wiązania.
W CH4 struktura Lewisa, C i H są różnymi podstawnikami, więc ładunek formalny C i H obliczamy indywidualnie.
Opłata formalna nad C to 4-0-(8/2) = 0
Formalny ładunek nad H wynosi, 1-0-(2/2) = 0
Tak więc formalny ładunek nad C i H wynosi zero. Odzwierciedla się również, że w CH4 struktura Lewisa że cząsteczka jest również obojętna.
Tak więc indywidualny ładunek formalny również daje właściwe wyjaśnienie naładowanej lub obojętnej cząsteczki.
Samotne pary struktury Lewisa CH4
Elektrony są obecne na powłoce walencyjnej lub najbardziej zewnętrznej orbicie atomu, ale nie biorą udziału w tworzeniu bezpośredniego wiązania, ale istnieją jako pary nazywane są parami samotnymi. Ze struktury Lewisa CH4, możemy powiedzieć, że nad cząsteczką nie ma samotnych par.
W CH4 struktura Lewisa, obecne są dwa podstawniki, C i H. H ma tylko jeden elektron w swojej powłoce i ten elektron jest również dla niego elektronem walencyjnym. Że jeden elektron H bierze udział w tworzeniu wiązania sigma z centralnym atomem c, więc nie ma samotnej pary dla atomu H.
C to grupa 14th i ma cztery elektrony na swojej najbardziej zewnętrznej orbicie, wszystkie elektrony biorą udział w tworzeniu wiązania sigma z czterema atomami H. Tak więc nie ma elektronów obecnych dla C na jego najbardziej zewnętrznym orbicie. Tak więc w C również brakuje samotnych par i całego CH4 struktura Lewisa nie zawiera samotnych par.
Reguła oktetu struktury Lewisa CH4
Każdy atom, z wyjątkiem gazu szlachetnego, próbuje dopełnić swoją powłokę walencyjną, ale przyjmuje odpowiednią liczbę elektronów z innego źródła i próbuje uzyskać najbliższą konfigurację gazu szlachetnego zgodnie z regułą oktetu. Struktura Lewisa CH4 również próbuje uzupełnić swój oktet przez tworzenie wiązań między C i H.
W strukturze Lewisa CH4 konfiguracja elektronowa C to [He]2s22p2. Tak więc w zewnętrznej powłoce C znajdują się cztery elektrony i potrzebuje ona jeszcze czterech elektronów, aby ukończyć swój oktet. Teraz w cząsteczce C CH4 tworzą cztery wiązania sigma z czterema atomami H, dzieląc elektrony i uzupełniając swój oktet.
Ponownie, dla H istnieje tylko jeden elektron i ten jeden elektron jest elektronem walencyjnym, który jest obecny na powłoce walencyjnej dla H. H potrzebuje jeszcze jednego elektronu, aby uzupełnić swój oktet i uzyskać najbliższą konfigurację gazu szlachetnego, taką jak He. Teraz H tworzy wiązanie z C, dzieląc się swoim jednym elektronem i jednym elektronem z C, a także uzupełniając swój oktet.
Kąt wiązania struktury Lewisa CH4
Kąt wiązania to określony kąt, jaki tworzą atomy w określonej cząsteczce w celu ułożenia ich w określony sposób. W CH4 struktura Lewisa, kąt wiązania wynosi 109.50, co jest idealne dla geometrii czworościennej.
Z CH4 struktura Lewisawiemy, że cząsteczka metanu przyjmuje geometrię czworościenną, az teorii VSEPR wiemy, że kąt wiązania dla geometrii czworościennej wynosi 109.50. W tej strukturze nie ma odchylenia od idealnego kąta wiązania, a powodem tego jest brak współczynnika odchylenia. Rozmiary C, jak również H, są bardzo małe, więc nie ma między nimi odpychania i nie ma samotnych par nad cząsteczką. Tak więc nie ma szans na odpychanie się samotnymi parami.
Tak więc HCH to idealnie 109.50 w idealnym czworościennym ugrupowaniu.
Rezonans struktury Lewisa CH4
Delokalizację chmur elektronowych pomiędzy różnymi szkieletami danej cząsteczki nazywamy rezonansem. Ale w CH4 struktura Lewisa, nie ma rezonansu.
Rezonans występuje tylko wśród atomów leżących na tej samej płaszczyźnie. Ale w strukturze Lewisa CH4 dwa atomy H są obecne na płaszczyźnie molekularnej, ale kolejne dwa leżą poniżej i powyżej płaszczyzny molekularnej. Tak więc rezonans nie może tam wystąpić. Ponownie, aby uzyskać rezonans, potrzebna jest dodatkowa chmura elektroniczna, która może być zdelokalizowana, ale C i H są elektrododatnie i brak chmury elektronicznej.
Tak więc w CH4 struktura Lewisa rezonans nie może wystąpić. Więc nie ma rezonansu obserwuje się struktury lewis CH4 Struktura.
Hybrydyzacja CH4
Hybrydyzacja jest koncepcją teoretyczną, zgodnie z którą dwa lub więcej orbitali o różnej energii miesza się, aby wytworzyć hybrydowy orbital o równoważnej energii i utworzyć wiązanie kowalencyjne. CH4 struktura Lewisa jest cząsteczką kowalencyjną, więc wykazuje również hybrydyzację, a centralny atom C jest zhybrydyzowany przez sp3.
Hybrydyzację CH4 obliczamy za pomocą następującego wzoru:
H = 0.5(V+M-C+A), gdzie H= wartość hybrydyzacji, V to liczba elektronów walencyjnych w centralnym atomie, M = jednowartościowe atomy otoczone, C=nie. kationu, A=nr. anionu.
Dla CH4 struktura Lewisa, c ma 4 elektrony walencyjne, które biorą udział w tworzeniu wiązania i obecne są cztery atomy H.
Tak więc centralne C w CH4 struktura Lewisa jest, ½(4+4+0+0) = 4 (sp3) zhybrydyzowany.
| Structure | Wartość hybrydyzacji | Stan hybrydyzacji centralnego atomu | Kąt wiązania |
| Liniowy | 2 | sp / sd / pd | 1800 |
| Planer trygonalny | 3 | sp2 | 1200 |
| Czworościenny | 4 | sd3/ sp3 | 109.50 |
| Trygonalny bipiramidalny | 5 | sp3d/dsp3 | 900 (osiowe), 1200(równikowy) |
| Oktaedryczny | 6 | sp3d2/ D2sp3 | 900 |
| Pięciokątny dwupiramidowy | 7 | sp3d3/d3sp3 | 900, 720 |
Z powyższej tabeli hybrydyzacji możemy wywnioskować, że jeśli wartość hybrydyzacji wynosi 4 to centralne atomy to sp3 zhybrydyzowany.
Ze schematu pudełkowego CH4 struktura Lewisa, możemy powiedzieć, że w stanie podstawowym c nie jest w stanie utworzyć wiązania, ponieważ na orbicie 2s znajdują się dwa sparowane elektrony. W stanie wzbudzonym C utworzył wiązanie z czterema atomami H, obejmujące jeden orbital s i trzy p. Tak więc tryb hybrydyzacji to sp3.
W hybrydyzacji bierzemy pod uwagę tylko wiązanie sigma, a nie podwójne lub wielokrotne wiązania.
Rozpuszczalność CH4
Z CH4 struktura Lewisa, możemy również przewidzieć rozpuszczalność tej cząsteczki. Cząsteczka metanu jest niepolarna, więc jest w większości rozpuszczona w niepolarnym rozpuszczalniku lub rozpuszczalniku organicznym. Ale dzięki wiązaniu H jest również rozpuszczalny w rozpuszczalnikach polarnych, takich jak woda.
Z obliczeń momentu dipolowego widzimy, że cząsteczka jest niepolarna, więc oczekuje się, że jest rozpuszczalna w benzenie, rozpuszczalniku organicznym podobnym do etanolu. Ale w cząsteczkach metanu obecne są cztery atomy H i mogą one łatwo tworzyć wiązanie H z wolną parą cząsteczki wody, a cząsteczka również rozpuszcza się w wodzie.
Czy CH4 jest jonowy?
Zgodnie z regułą Fajana można powiedzieć, że każda cząsteczka kowalencyjna wykazuje jakiś % charakteru jonowego.
W CH4 struktura Lewisa, rozmiar atomu C jest mały, ale gęstość ładunku jest również mniejsza, więc potencjał jonowy jest bardzo niski, więc nie może prawidłowo spolaryzować H, ale rozmiar jonu wodorkowego jest bardzo duży. Tak więc pogląd na potencjał jonowy ma też pewien charakter jonowy.
Czy CH4 jest kwasowy czy zasadowy?
Polarność cząsteczki zależy od wartości wypadkowego momentu dipolowego. Dla CH4 struktura Lewisa, jest niepolarny ze względu na zerowy moment dipolowy.
W CH4 struktura Lewisa, widzimy, że wszystkie wiązania CH są równe i mają taką samą różnicę elektroujemności struktury jest symetryczny, więc cztery momenty dipolowe znoszą się wzajemnie, a wynikiem netto jest zerowy moment dipolowy dla cząsteczki CH4 i sprawia, że cząsteczka jest niepolarna.
Czy CH4 jest czworościenny?
Tak, CH4 jest cząsteczką czworościenną. Na podstawie VSEPR całkowita liczba elektronów dla cząsteczki metanu wynosi 8 i dlatego kształt cząsteczki jest czworościenny.
Z CH4 struktura Lewisa i hybrydyzacjawidzimy, że cząsteczka przyjmuje geometrię czworościenną. Cząsteczka jest sp3 zhybrydyzowany i znajduje to również odzwierciedlenie w geometrii czworościennej cząsteczki.
Kilka szczegółowych faktów na temat CH4
CH4 to bezbarwna, bezwonna i bardzo lżejsza cząsteczka gazowa. Każdy węglowodór podczas spalania wytwarzał dwutlenek węgla, więc spalanie metanu wytwarzało również dwutlenek węgla i parę wodną. Temperatura topnienia i wrzenia cząsteczki metanu wynosi odpowiednio 90 K i 116 K.
Cząsteczka jest syntetyzowana w obecności katalizatora Ni, gazowego wodoru i tlenku węgla.
CO+3H2 = CH4 + H2O
Metan jest używany jako paliwo w różnych układach samochodowych, a rafinowany metan jest również używany jako paliwo rakietowe. Z łatwością uczestniczy w wielu reakcjach rodnikowych i tworzy rodnik metylowy, który jest rodzajem bardziej reaktywnym.
Wnioski
Z powyższej dyskusji na temat CH4 struktura Lewisa, możemy powiedzieć, że ta cząsteczka jest idealnie czworościenną cząsteczką, a kąt wiązania wynosi 109.50 i nie ma żadnych czynników odchylenia, ponieważ C i H mają małe rozmiary. Chociaż metan jest niepolarny, ale rozpuszczalny w wodzie, a jon metanu zachowuje się jak super kwas.
Przeczytaj także:
- Struktura Lewisa Ch3nh2
- Struktura Lewisa Mg3n2
- Struktura Lewisa Cl2o
- Struktury Lewisa
- Struktura Nabra Lewisa
- Struktura Lifa Lewisa
- Struktura Lewisa Ibr2
- Struktura Lewisa Br3
- Struktura Lewisa Brf3
- Struktura Lewisa Chf3
Cześć… Nazywam się Biswarup Chandra Dey i ukończyłem studia magisterskie z chemii na Uniwersytecie Centralnym w Pendżabie. Moją specjalizacją jest Chemia Nieorganiczna. Chemia to nie tylko czytanie linijka po linijce i zapamiętywanie, to koncepcja, którą można łatwo zrozumieć i tutaj dzielę się z Wami koncepcją chemii, której się uczę, bo warto się nią dzielić.