Kohlendioxid
Kohlendioxid
Eigenschaften von Kohlendioxid
Aus der Lewis-Struktur von CO2 und VSEPR, können wir feststellen, dass es sich um ein lineares Molekül handelt.
Lassen Sie uns einige der physikalischen Eigenschaften von CO2 betrachten.
| Eigenschaft | CO2 |
| Siedepunkt | 195 (sublimiert) |
 Hf (298 K) |
-393.5 kJ/mol |
| Bindungsenergie | 806 kJ/mol |
| C-O Bindungsabstand | 1.16  |
| Dipolmoment | 0 D |
Die C-O-Bindungen in Kohlendioxid sind polar und dennoch ist das Dipolmoment Null, weil sich die 2 Bindungsdipole gegenseitig aufheben.
Eine Sache, die wir verstehen können, wenn wir uns die Struktur von CO2 ansehen, ist, dass das Kohlenstoffzentrum des Moleküls elektrophil sein muss. Ein Elektrophil (Elektronenliebhaber) ist ein Zentrum, das elektronenarm ist und von Zentren angezogen wird, die elektronenreich sind.
Auch wenn die Gesamtelektronenzahl um den Kohlenstoff 8 beträgt, überschätzt dies die Elektronendichte. Dieser Kohlenstoff ist nur an hoch elektronegative Sauerstoffatome gebunden. Die Bindungselektronen werden alle enger mit dem Sauerstoff als mit dem Kohlenstoff verbunden sein.
Bindungen in Kohlendioxid
Aus der Lewis-Struktur können wir erkennen, dass der Kohlenstoff in CO2 2 Sigma-Bindungen eingehen muss und keine einsamen Paare besitzt. Dieses Atom wird 2sp-hybridisiert mit verbleibenden 2px- und 2py-Atomorbitalen.
Jeder Sauerstoff macht 1 Sigma-Bindung und benötigt ebenfalls 2 Orbitale für einsame Elektronenpaare. Diese müssen jeweils 2sp2 hybridisiert sein mit einem verbleibenden 2p-Orbital. Einer der Sauerstoffsorten wird ein 2px-Orbital haben, um sich mit dem 2px-Orbital des Kohlenstoffs zu verbinden. Der andere Sauerstoff wird ein 2py-Orbital haben, das mit dem anderen p-Orbital am Kohlenstoff kombinieren kann.
Ein 2sp2-Orbital auf O1 kombiniert mit einem 2sp-Orbital auf C, um ein sigma-bindendes und ein sigma-antibindendes Molekülorbital zu bilden. Das andere 2sp-Orbital auf C kombiniert mit einem 2sp2-Orbital auf O2, um einen weiteren Satz von sigma-bindenden und sigma-antibindenden Molekülorbitalen zu bilden.
Die verbleibenden 2sp2 der Sauerstoffatome werden zu nichtbindenden Molekülorbitalen.
Das O1 2px kombiniert mit dem C 2px, um ein pi bindendes und pi antibindendes Molekülorbital zu bilden. Das O2 2py kombiniert mit dem C 2py, um einen weiteren Satz von pi bindenden und pi antibindenden Molekülorbitalen zu bilden.
Die 16 Valenzelektronen füllen sich durch die 2 pi bindenden Orbitale, so dass es eine vollständige Doppelbindung zwischen Kohlenstoff und jedem Sauerstoff gibt.
Oxidationszustände
Wie Sie oben gesehen haben, überschätzt die Gesamtelektronenzahl um die Atome in Kohlendioxid die Elektronendichte um das Kohlenstoffatom erheblich. Sie hilft uns nicht, die Reaktivität dieses Atoms vorherzusagen. Der Oxidationszustandsformalismus kann uns eine bessere Vorstellung über die Elektronendichte um ein Atom und seine Tendenz, Elektronen hinzuzufügen und reduziert zu werden, geben.
Um den Oxidationszustand der Atome in CO2 zu finden,
- Zeichnen Sie die Lewis-Struktur.
- Brechen Sie die Bindungen und geben Sie alle Bindungselektronen an das elektronegativere der beiden Atome. (Wenn die Atome gleich sind, geben Sie jedem Atom 1/2 der Bindungselektronen.)
- Zählen Sie die Elektronen um jedes Atom und vergleichen Sie die Anzahl der Elektronen mit der Anzahl der Valenzelektronen, so wie Sie es für die formale Ladung tun.
- Verwenden Sie römische Ziffern anstelle von Zahlen, um die Oxidationsstufe zu bezeichnen.
Aus den Oxidationsstufen sehen wir, dass das Kohlenstoffzentrum sehr elektronenarm ist und sich in seiner höchstmöglichen Oxidationsstufe befindet. Es sollte anfällig für Reduktion sein.
Reduktive Kopplung
Das Natriummetall hat ein einziges Elektron in seiner Valenzschale. Es hat eine starke Tendenz, dieses Elektron zu verlieren und oxidiert zu werden. Der Kohlenstoff im CO2 befindet sich in seiner höchsten Oxidationsstufe. Er sollte die Tendenz haben, ein Elektron zu gewinnen und oxidiert zu werden.
Die ungepaarten Elektronen auf zwei der reduzierten Kohlenstoffzentren können sich verbinden, um eine kovalente Bindung im Produkt, Natriumoxalat, zu bilden.
Hydroxid-Addition
Der Kohlenstoff des CO2 ist elektrophil (elektronenarm). Der Sauerstoff im Hydroxid-Ion, HO-, hat eine überschüssige Elektronendichte am Sauerstoff. Ein elektronenreiches Zentrum, das eine Bindung mit einem elektronenarmen Kohlenstoffatom eingehen kann, wird als Nucleophil (positiv geladen) bezeichnet. Die lila Pfeile im Reaktionsschema zeigen den Elektronenfluss in der Reaktion an.
