이원자 탄소

Diatomic carbon
Dicarbon.svg
Dicarbon-3D-vdW.png
이름
IUPAC 이름
이원자 탄소
체계적 IUPAC 이름
에테네딜리딘(대체)
디카본(C—C) (가법)
식별자
3D 모델(JSmol)
체비
켐스파이더
196
펍켐 CID
특성.
C2
어금질량 24.022 g·migration−1
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다.
Infobox 참조 자료

이원자 탄소(시스템적으로 디카본과 1 and2,2λ-ethene2)는 화학 공식 C=C(또한 [C2] 또는 C로2 표기됨)를 가진 녹색의 기체성 무기 화학 물질이다. 그것은 주변 온도와 압력에서 운동적으로 불안정하며, 자동 절연화를 통해 제거된다. 그것은 예를 들어 전기 호, 혜성, 별 대기 및 성간 매체, 그리고 파란색 탄화수소 화염에서 발생한다.[1] 이원자탄소는 원자탄 다음으로 가장 단순한 형태의 탄소로, 풀레네스의 발생기에 있는 중간 분사기다.

특성.

C는2 탄소 증기의 성분이다. 한 논문은 탄소 증기가 약 28%의 이원자라고 추정하지만 이론적으로는 온도와 압력에 따라 달라진다.[2]

전자기 특성

이원자 탄소의 전자는 Aufbau 원리에 따라 분자 궤도 사이에 분포되어 고유한 양자 상태를 생성하며 그에 상응하는 에너지 수준을 갖는다. 에너지 레벨이 가장 낮은 상태, 즉 지면 상태가 singlet state(1싱글렛+
g 상태)로 ethene-1,2-diylidene 또는 dicarbon(0•)으로 체계적으로 명명된다. 에너지가 지면 상태에 비교적 가까운 흥분된 싱글렛과 트리플릿 상태가 여러 개 있으며, 이는 주변 조건에서 디카본 표본의 상당한 비율을 형성한다. 이러한 흥분된 상태 대부분이 광화학 이완을 겪을 때 전자기 스펙트럼의 적외선 영역에서 방출된다. 그러나, 특히 한 주는 녹색 지역에서 방출된다. 그 상태는 트리플트 상태(3 ()로g, 체계적으로 ethene-μ, μ-diyl-yl-ylidene 또는 dicarbon(2•)으로 명명된다. 또한, 지상 상태로부터 다소 더 멀리 기운 상태가 있는데, 이것은 중간 자외선 조사 하에서 디카본 표본의 상당한 비율만을 형성할 뿐이다. 휴식을 취하면, 이 흥분된 상태는 보라색 지역에 형광물질을, 푸른 지역에 인광을 발한다. 이 상태도 싱클레트 상태(1πg)로, 에테네-μ, μ-디일-yl-ylidene 또는 디카본(2•)이라고도 한다.

주 흥분
엔탈피
(kJ mol−1)		 이완
전이		 이완
파장		 이완 전자파 영역
Xς1+
g		 0 – – –
Aπ 8.5 Aπ→3
uXς1+
g		 14.0 μm 장파장 적외선
Bσ 77.0 Bσ→3−
gAπ		 1.7 μm 단파장 적외선
Aπ1
u		 100.4 Aπ1
u→Xς1+
g
Aπ1
u→Bσ		 1.2 μm
5.1 μm		 근적외선
중파장 적외선
Bς1+
g		 ? Bς1+
g→Aπ1
u
Bς1+
g→Aπ		 ?
?		 ?
?
Cσ 159.3 Cσ→3+
uBσ
Cσ→3+
uXς1+
g
Cσ→3+
uBς1+
g		 1.5 μm
751.0nm
?		 단파장 적외선
근적외선
?
Dπ 239.5 Dπ→3
gAπ
Dπ→3
gCσ
Dπ→3
gAπ1
u		 518.0nm
1.5 μm
860.0nm		 녹색
단파장 적외선
근적외선
Cπ1
g		 409.9 Cπ1
g→Aπ1
u
Cπ1
g→Aπ
Cπ1
g→Cσ		 386.6nm
298.0nm
477.4 nm		 바이올렛
중초자외선
파랑

분자 궤도이론은 궤도의 퇴행성 파이 본딩 세트 안에 두 세트의 쌍체 전자가 있다는 것을 보여준다. 이것은 결합 순서 2를 부여하는데, 이는2 C 분자의 두 탄소 원자 사이에 이중 결합이 존재해야 한다는 것을 의미한다.[3] 4중 결합이 존재한다는 분석이 대신 나와 논란이 됐다.[4][5]

CASCF 계산은 분자 궤도 이론에 기초한 4중 결합도 합리적임을 나타낸다.[3]

B2, C2, N의2 BDE(채권 분리 에너지)는 BDE가 증가하여 각각 단일, 이중, 삼중 결합을 나타낸다.

다이아몬드와 흑연과 같은 특정한 형태의 결정 탄소에서, 안장 지점 또는 "홉"은 전하 밀도의 결합 부위에서 발생한다. C의2 세 쌍둥이 상태는 이 추세를 따르고 있다. 단, C의2 singlet 상태는 실리콘이나 게르마늄과 더 유사하게 작용한다. 즉, 충전 밀도는 결합 부위에서 최대치를 가진다.[6]

반응

이원자 탄소는 아세톤과 아세트알데히드와 반응하여 아세틸렌을 두 개의 다른 경로로 생산한다.[2]

  • 트리플트 C2 분자는 분자간 경로를 통해 반응하며, 이는 일변도의 특성을 나타낸다. 이 경로의 중간은 에틸렌 레디컬이다. 그것의 추상화는 결합 에너지와 상관관계가 있다.[2]
  • Singlet C2 분자는 한 분자로부터 두 개의 수소 원자가 제거되는 분자 내, 비방사성 경로를 통해 반응할 것이다. 이 경로의 중간은 싱글렛 비닐이다. 싱글릿 반응은 1,1-직선 또는 1,2-직선을 통해 발생할 수 있다. 이 반응은 동위원소 대체에 둔감하다. 서로 다른 추상화는 결합 에너지보다는 충돌의 공간적 방향 때문일 수 있다.[2]
  • Singlet C도2 알케인으로 반응할 것이다. 아세틸렌이 주력 제품이지만 C가2 탄소-수소 결합에 삽입할 것으로 보인다.
  • C는2 메틸렌 그룹보다 메틸 그룹에 삽입할 확률이 2.5배 높다.[7]
  • 2020년에는 불소를 사용하여 쉽게 분해할 수 있는 고밸런트 알킬닐-λ3-iodane을 활용하여 C의2 제어된 실내온도 화학 합성이 주장되어 C의2 생산이 이루어졌다. 이 연구는 관측된 반응의 메커니즘을 문제 삼은 이론적 논문 하나 이상과 함께 C세대의2 열역학에 관한 흥미로운 문제를 제기해 왔다.[8],[9]

역사

C/2014 Q2(러브조이)는 이원자 탄소로 인해 초록색으로 빛난다.

가스가 풍부한 혜성의 빛은 주로 이원자 탄소의 방출에서 발생한다. 예를 들면 C/2014 Q2 (Lovejoy)가 있는데, 여기서2 C 광선은[10] 대부분 가시 스펙트럼에서 스완 밴드를 형성하고 있다.[11]

참고 항목

참조

  1. ^ Hoffmann, Roald (1995). "Marginalia: C2 In All Its Guises" (PDF). American Scientist. 83 (4): 309–311. Bibcode:1995AmSci..83..309H. JSTOR 29775475.
  2. ^ Jump up to: a b c d Skell, Philip S.; Plonka, James H. (1970). "Chemistry of the singlet and triplet C2 molecules. Mechanism of acetylene formation from reaction with acetone and acetaldehyde". Journal of the American Chemical Society. 92 (19): 5620–5624. doi:10.1021/ja00722a014.
  3. ^ Jump up to: a b Zhong, Ronglin; Zhang, Min; Xu, Hongliang; Su, Zhongmin (2016). "Latent harmony in dicarbon between VB and MO theories through orthogonal hybridization of 3σg and 2σu". Chemical Science. 7 (2): 1028–1032. doi:10.1039/c5sc03437j. PMC 5954846. PMID 29896370.
  4. ^ Shaik, Sason; Danovich, David; Wu, Wei; Su, Peifeng; Rzepa, Henry S.; Hiberty, Philippe C. (2012). "Quadruple bonding in C2 and analogous eight-valence electron species". Nature Chemistry. 4 (3): 195–200. Bibcode:2012NatCh...4..195S. doi:10.1038/nchem.1263. PMID 22354433.
  5. ^ Grunenberg, Jörg (2012). "Quantum chemistry: Quadruply bonded carbon". Nature Chemistry. 4 (3): 154–155. Bibcode:2012NatCh...4..154G. doi:10.1038/nchem.1274. PMID 22354425.
  6. ^ Chelikowsky, James R.; Troullier, N.; Wu, K.; Saad, Y. (1994). "Higher-order finite-difference pseudopotential method: An application to diatomic molecules". Physical Review B. 50 (16): 11356–11364. Bibcode:1994PhRvB..5011355C. doi:10.1103/PhysRevB.50.11355. PMID 9975266.
  7. ^ Skell, P. S.; Fagone, F. A.; Klabunde, K. J. (1972). "Reaction of Diatomic Carbon with Alkanes and Ethers/ Trapping of Alkylcarbenes by Vinylidene". Journal of the American Chemical Society. 94 (22): 7862–7866. doi:10.1021/ja00777a032.
  8. ^ Miyamoto, Kazunori; Narita, Shodai; Masumoto, Yui; Hashishin, Takahiro; Osawa, Taisei; Kimura, Mutsumi; Ochiai, Masahito; Uchiyama, Masanobu (2020-05-01). "Room-temperature chemical synthesis of C 2". Nature Communications. 11 (1): 2134. doi:10.1038/s41467-020-16025-x. ISSN 2041-1723. PMC 7195449.
  9. ^ Rzepa, Henry S. (2021-02-23). "A thermodynamic assessment of the reported room-temperature chemical synthesis of C 2". Nature Communications. 12 (1): 1241. doi:10.1038/s41467-021-21433-8. ISSN 2041-1723. PMC 7902603.
  10. ^ Venkataramani, Kumar; Ghetiya, Satyesh; Ganesh, Shashikiran; et, al. (2016). "Optical spectroscopy of comet C/2014 Q2 (Lovejoy) from the Mount Abu Infrared Observatory". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 463 (2): 2137–2144. arXiv:1607.06682. Bibcode:2016MNRAS.463.2137V. doi:10.1093/mnras/stw1820.
  11. ^ Mikuz, Herman; Dintinjana, Bojan (1994). "CCD Photometry of Comets". International Comet Quarterly. Retrieved October 26, 2006.