Dvouatomový uhlík

chemická sloučenina

Dvouatomový uhlík, také nazývaný diuhlík nebo 2,2λ2-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

Strukturní vzorec

Obecné
Systematický název ethendiyliden
Ostatní názvy 2,2λ2-ethen, diuhlík
Sumární vzorec C2
Vzhled zelený plyn
Identifikace
PubChem
ChEBI
SMILES [C]=[C]
InChI 1S/C2/c1-2
Vlastnosti
Molární hmotnost 24,022 g/mol
Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Některá data mohou pocházet z datové položky.

VlastnostiEditovat

C2 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 vlastnostiEditovat

Elektrony 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 významý 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 stavu
Vlnová délka
vyzářená při přechodu
Oblast elektromagnetického záření
X1Σ +
g
 
0
a3Π 
u
 
8,5 a3Π 
u
 X1Σ +
g
 
14,0 μm Dlouhovlnná infračervená
b3Σ 
g
 
77,0 b3Σ 
g
 a3Π 
u
 
1,7 μm Středněvlnná infračervená
A1Π 
u
 
100,4 A1Π 
u
 X1Σ +
g
 
A1Π 
u
 b3Σ 
g
 
1,2 μm
5,1 μm
Blízká infračervená
Středněvlnná infračervená
B1Σ +
g
 
? B1Σ +
g
 A1Π 
u
 
B1Σ +
g
 a3Π 
u
 
?
?
?
?
c3Σ +
u
 
159,3 c3Σ +
u
 b3Σ 
g
 
c3Σ +
u
 X1Σ +
g
 
c3Σ +
u
 B1Σ +
g
 
1,5 μm
751,0 nm
?
Krátkovlnná infračervená
Červená
?
d3Π 
g
 
239,5 d3Π 
g
 a3Π 
u
 
d3Π 
g
 c3Σ +
u
 
d3Π 
g
 A1Π 
u
 
518,0 nm
1,5 μm
860,0 nm
Zelená
Krátkovlnná infračervená
Blízká infračervená
C1Π 
g
 
409,9 C1Π 
g
 A1Π 
u
 
C1Π 
g
 a3Π 
u
 
C1Π 
g
 c3Σ +
u
 
386,6 nm
298,0 nm
477,4 nm
Fialová
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.

ReakceEditovat

Diuhlík 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.

ReferenceEditovat

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Diatomic carbon na anglické Wikipedii.

  1. Roald Hoffmann. Marginalia: C2 In All Its Guises. American Scientist. 1995, s. 309–311. Dostupné online. Bibcode:1995AmSci..83..309H. 
  2. 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. 
  3. 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. 
  4. 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. 
  5. Jörg Grunenberg. Quantum chemistry: Quadruply bonded carbon. Nature Chemistry. 2012, s. 154–155. DOI:10.1038/nchem.1274. Bibcode:2012NatCh...4..154G. 
  6. 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.