C 2 является компонентом углеродного пара. В одной из работ подсчитано, что углеродный пар на 28% состоит из двухатомных атомов, [2], но теоретически это зависит от температуры и давления.
Электромагнитные свойства
Электроны в двухатомном углероде распределены по молекулярным орбиталям в соответствии с принципом Ауфбау , чтобы создать уникальные квантовые состояния с соответствующими уровнями энергии. Состояние с самым низким уровнем энергии, или основное состояние, является синглетным состоянием ( 1 Σ+ г), который систематически называется этен-1,2-диилиден или дикарбон(0•). Существует несколько возбужденных синглетных и триплетных состояний, которые относительно близки по энергии к основному состоянию, которые образуют значительные доли образца диуглерода в условиях окружающей среды. Когда большинство из этих возбужденных состояний подвергаются фотохимической релаксации, они излучают в инфракрасной области электромагнитного спектра. Однако одно состояние, в частности, излучает в зеленой области. Это состояние является триплетным состоянием ( 3 Π g ), которое систематически называется этен-μ,μ-диил-μ-илиден или диуглерод(2•). Кроме того, существует возбужденное состояние, несколько более далекое по энергии от основного состояния, которые образуют значительную долю образца диуглерода только при облучении средним ультрафиолетом. После релаксации это возбужденное состояние флуоресцирует в фиолетовой области и фосфоресцирует в синей области. Это состояние также является синглетным состоянием ( 1 Π g ), которое также называется этен-μ,μ-диил-μ-илиден или дикарбон(2•).
Теория молекулярных орбиталей показывает, что в вырожденном наборе π-связей орбиталей есть два набора спаренных электронов. Это дает порядок связи 2, что означает, что между двумя атомами углерода в молекуле C2 должна существовать двойная связь . [ 3] Один анализ предположил, что вместо этого существует четверная связь , [4] интерпретация, которая была оспорена. [5] Расчеты CASSCF показывают, что четверная связь, основанная на теории молекулярных орбиталей, также является разумной. [ 3] Энергии диссоциации связей (BDE) B2 , C2 и N2 показывают увеличение BDE, указывая на одинарные , двойные и тройные связи соответственно.
В некоторых формах кристаллического углерода, таких как алмаз и графит, седловая точка или «горб» возникает в месте связи в плотности заряда. Триплетное состояние C 2 следует этой тенденции. Однако синглетное состояние C 2 действует скорее как кремний или германий ; то есть плотность заряда имеет максимум в месте связи. [6]
Молекулы триплета C 2 будут реагировать через межмолекулярный путь, который, как показано, проявляет бирадикальный характер. Промежуточным продуктом для этого пути является радикал этилена. Его отщепление коррелирует с энергиями связи. [2]
Синглетные молекулы C 2 будут реагировать через внутримолекулярный, нерадикальный путь, в котором два атома водорода будут отняты от одной молекулы. Промежуточным продуктом для этого пути является синглетный винилиден . Синглетная реакция может происходить через 1,1-диабстракцию или 1,2-диабстракцию. Эта реакция нечувствительна к изотопному замещению. Различные абстракции, возможно, обусловлены пространственной ориентацией столкновений, а не энергиями связи. [2]
Синглет C 2 также будет реагировать с алкенами . Ацетилен является основным продуктом; однако, по-видимому, C 2 будет встраиваться в связи углерод-водород.
Существует спорный возможный химический синтез при комнатной температуре через алкинил-λ 3 -иодан. [8] [9]
История
C/2014 Q2 (Лавджой) светится зеленым из-за двухатомного углерода.C/2022 E3 (ZTF) также выглядит зеленым.
Свет богатых газом комет в основном возникает из-за излучения двухатомного углерода. Примером может служить C/2014 Q2 (Lovejoy) , где есть несколько линий света C2 , в основном в видимом спектре , [10] образующих полосы Свана . [11] C/2022 E3 (ZTF) , видимая в начале 2023 года, также демонстрирует зеленый цвет из-за присутствия двухатомного углерода. [12]
Смотрите также
Ацетилид – родственное химическое вещество с формулой C2− 2
Ссылки
^ Хоффманн, Роальд (1995). «Marginalia: C2 In All Its Guises» (PDF) . American Scientist . 83 (4): 309–311. Bibcode :1995AmSci..83..309H. JSTOR 29775475. Архивировано из оригинала (PDF) 21.03.2023 . Получено 22.07.2017 .
^ abcd Скелл, Филип С .; Плонка, Джеймс Х. (1970). «Химия синглетных и триплетных молекул C2 . Механизм образования ацетилена из реакции с ацетоном и ацетальдегидом». Журнал Американского химического общества . 92 (19): 5620–5624. doi :10.1021/ja00722a014.
^ ab Zhong, Ronglin; Zhang, Min; Xu, Hongliang; Su, Zhongmin (2016). «Скрытая гармония в диуглероде между теориями VB и MO через ортогональную гибридизацию 3σg и 2σu». Chemical Science . 7 (2): 1028–1032. doi :10.1039/c5sc03437j. PMC 5954846 . PMID 29896370.
^ Шайк, Сэзон; Данович, Дэвид; Ву, Вэй; Су, Пэйфэн; Рзепа, Генри С.; Хиберти, Филипп К. (2012). «Четверная связь в C 2 и аналогичные виды с восемью валентными электронами». Nature Chemistry . 4 (3): 195–200. Bibcode :2012NatCh...4..195S. doi :10.1038/nchem.1263. PMID 22354433.
^ Chelikowsky, James R .; Troullier, N.; Wu, K.; Saad, Y. (1994). «Метод конечно-разностного псевдопотенциала высшего порядка: применение к двухатомным молекулам». Physical Review B. 50 ( 16): 11356–11364. Bibcode : 1994PhRvB..5011355C. doi : 10.1103/PhysRevB.50.11355. PMID 9975266.
^ Скелл, PS ; Фэгон, FA; Клабунде, KJ (1972). «Реакция двухатомного углерода с алканами и эфирами/Улавливание алкилкарбенов винилиденом». Журнал Американского химического общества . 94 (22): 7862–7866. doi :10.1021/ja00777a032.
-_Alessandro_Bianconi.jpg/1280px-C2022_E3_(ZTF)-_Alessandro_Bianconi.jpg)