Dwutlenek węgla
Dwutlenek węgla
Właściwości dwutlenku węgla
Z struktury Lewisa CO2 i VSEPR, możemy stwierdzić, że jest to cząsteczka liniowa.
Przyjrzyjrzyjmy się niektórym właściwościom fizycznym CO2.
| Właściwość | CO2 |
| Punkt wrzenia | 195 (sublimuje) |
 Hf (298 K) |
-.393.5 kJ/mol |
| energia wiązania | 806 kJ/mol |
| odległość wiązania C-O | 1.16  |
| moment dipolowy | 0 D |
Wiązania C-.O w dwutlenku węgla są polarne, a mimo to moment dipolowy wynosi zero, ponieważ 2 dipole wiązań znoszą się wzajemnie.
Jedną z rzeczy, które możemy zrozumieć, patrząc na strukturę CO2, jest to, że centrum węglowe cząsteczki musi być elektrofilowe. Elektrofil (miłośnik elektronów) jest ośrodkiem, który jest ubogi w elektrony i będzie przyciągany do ośrodków bogatych w elektrony.
Nawet jeśli całkowita liczba elektronów wokół węgla wynosi 8, to przeszacowuje gęstość elektronów. Ten węgiel jest związany tylko do wysoko elektronegatywnych atomów tlenu. Wszystkie elektrony wiązania będą bardziej związane z tlenem niż z węglem.
Wiązanie w dwutlenku węgla
Z struktury Lewisa możemy zobaczyć, że węgiel w CO2 musi utworzyć 2 wiązania sigma i nie ma samotnych par. Ten atom będzie 2sp zhybrydyzowany z pozostałymi orbitalami atomowymi 2px i 2py.
Każdy tlen tworzy 1 wiązanie sigma i również potrzebuje 2 orbitali dla samotnych par elektronów. Te muszą być 2sp2 hybrydyzowane z pozostałym 2p orbitalu. Jeden z oksygenów będzie miał orbital 2px, aby połączyć się z orbitalem 2px węgla. Drugi tlen będzie miał orbital 2py, który może połączyć się z drugim orbitalem p na węglu.
Orbital 2sp2 na O1 łączy się z orbitalem 2sp na C tworząc orbital molekularny wiążący sigma i orbital molekularny wiążący sigma anty. Inny orbital 2sp na C łączy się z orbitalem 2sp2 na O2, tworząc kolejny zestaw orbitali molekularnych wiążących sigma i wiążących przeciwnie do sigma.
Pozostałe 2sp2 z atomów tlenu stają się niewiążącymi orbitalami molekularnymi.
O1 2px łączy się z C 2px tworząc orbitale molekularne wiążące i wiążące przeciwnie do pi. O2 2py łączy się z C 2py, tworząc kolejny zestaw orbitali molekularnych wiążących i wiążących przeciwnie do wiązania pi.
16 elektronów walencyjnych wypełnia 2 orbitale wiążące pi, więc istnieje pełne wiązanie podwójne między węglem a każdym tlenem.
Stany utlenienia
Jak widać powyżej, całkowita liczba elektronów wokół atomów w dwutlenku węgla poważnie przeszacowuje gęstość elektronów wokół atomu węgla. Nie pomaga nam to w przewidywaniu reaktywności tego atomu. Formalizm stanu utlenienia może dać nam lepsze pojęcie o gęstości elektronów wokół atomu i jego tendencji do dodawania elektronów i redukowania się.
Aby znaleźć stan utlenienia atomów w CO2,
- Narysuj strukturę Lewisa.
- Rozerwij wiązania, przekazując wszystkie elektrony wiązania bardziej elektroujemnemu z dwóch atomów. (Gdy atomy są takie same, daj każdemu atomowi 1/2 elektronów wiążących.)
- Licz elektrony wokół każdego atomu i porównaj liczbę elektronów z liczbą elektronów walencyjnych, tak jak robisz to dla ładunku formalnego.
- Używaj cyfr rzymskich zamiast liczb do oznaczania stanu utlenienia.
Z stanów utlenienia widzimy, że centrum węgla jest bardzo ubogie w elektrony i znajduje się w najwyższym możliwym stanie utlenienia. Powinno być podatne na redukcję.
Sprzężenie redukcyjne
Metal sodu ma jeden elektron w swojej powłoce walencyjnej. Ma on silną tendencję do utraty tego elektronu i utleniania się. Węgiel w CO2 jest w najwyższym stanie utlenienia. Powinien mieć tendencję do zdobywania elektronu i utleniania się.
Niesparowane elektrony na dwóch zredukowanych centrach węglowych mogą się połączyć, tworząc wiązanie kowalencyjne w produkcie, szczawianie sodu.
Addycja wodorotlenkowa
Węgiel CO2 jest elektrofilowy (ubogi w elektrony). Tlen w jonie wodorotlenkowym, HO-, ma nadmiar gęstości elektronowej na tlenie. Bogate w elektrony centrum, które może utworzyć wiązanie z ubogim w elektrony atomem węgla nazywamy nukleofilem (miłośnikiem ładunku dodatniego). Fioletowe strzałki na schemacie reakcji wskazują przepływ elektronów w reakcji.
.