Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

7.9: Порівняння між кремнієм та вуглецем

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    17957

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Розуміння відмінностей між вуглецем і кремнієм є важливим для розуміння відносної хімії цих елементів групи 14.

    Розмір

    Як і очікувалося, кремній більше вуглецю за рахунок наявності другої оболонки: тобто C = 1 s 2 2 s 2 s 2 p 2, тоді як Si = 1 s 2 2 s 2 s 2 p 6 3 s 2 3 п 2. Порівняння відносних розмірів вуглецю і кремнію наведено в табл\(\PageIndex{1}\).

    Таблиця\(\PageIndex{1}\): Атомні, ковалентні та ван дер Ваальса радіуси вуглецю та кремнію.
    Елемент Атомний радіус (Å) Ковалентний радіус sp 3 (Å) Радіус ван дер Ваал (Å)
    C 0,70 0,75 1,70
    СІ 1.10 1.14 2.10

    Ковалентні і ван дер Ваал радіуси з Королівського товариства хімії онлайн Періодична таблиця. Webelements має більш детальне обговорення всіх трьох типів радіусів, атомні радіуси, наведені тут, є емпіричними.

    Номер координації

    Відомо, що вуглець має координаційне число 2, 3 та 4 у своїх сполуках залежно від гібридизації. Координаційний номер 1 також може розглядатися для СО і СН -. Чотирикоординатний вуглець може вважатися координатно насиченим. На відміну від цього, за відсутності переважної стеричної маси кремній має координаційні числа 3, 4, 5 та 6. Приклади п'яти і шестикоординатного кремнію включають Si (acac) 2 Cl і SiF 6 2 - відповідно. Координаційні числа вище 4 були приписані використанню низько розташованих d орбіталів; однак розрахунки показують, що вони не є суттєвими. Натомість гіпервалентний кремній краще описується утворенням 3-центрових молекулярних орбіталей, наприклад, рис\(\PageIndex{1}\).

    Примітка

    Гіпервалентна молекула - це молекула, яка містить один або кілька типових елементів (група 1, 2, 13-18) формально несуть в своїх валентних оболонках більше восьми електронів.

    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Молекулярна орбітальна діаграма для SiF 6 2 -.

    Електронегативність

    Електронегативність кремнію і вуглецю наведені в табл. Оскільки вуглець є більш електронегативним, ніж водень, зв'язок C-H поляризується у напрямку вуглецю, що призводить до більш протичного водню (рис.\(\PageIndex{2}\) А). На відміну від цього, нижча електронегативність кремнію призводить до отримання більш гідридного водню (рис.\(\PageIndex{2}\) b). Ця різниця відображена в хімії реакцій SiH 4 проти CH 4.

    Таблиця\(\PageIndex{2}\): Вибрані значення електронегативності Паулінга. Королівське товариство хімії Інтернет Періодична таблиця
    Елемент шкала Паулінга
    C 2.55
    Ч 2.20
    СІ 1,90
    Рисунок\(\PageIndex{2}\): Відносна поляризація зв'язків C-H і Si-H.

    Енергії зв'язку

    Енергії зв'язку Е-Е і Е-О для вуглецю і кремнію наведені в табл\(\PageIndex{3}\). Енергія зв'язку для зв'язку C-C трохи більше, ніж для зв'язку C-O, тоді як зв'язок Si-O значно сильніше, ніж зв'язок Si-Si. Ця відмінність відбивається в хімії кремнію в порівнянні з вуглецевими сполуками. У хімії вуглецю переважає катенація: здатність хімічного елемента утворювати довгу ланцюгоподібну структуру через ряд ковалентних зв'язків. Хоча кремній утворює зв'язки Si-Si, вони набагато більш реактивні, ніж їх аналоги C-C, а полімери кремнію переважно складаються з ланцюгів Si-O (в результаті дуже міцного зв'язку).

    Таблиця\(\PageIndex{3}\): Вибрані енергії зв'язку для вуглецю і кремнію. Королівське товариство хімії Інтернет Періодична таблиця
    Елемент Енергія зв'язку E-E (кДж/моль) Енергія зв'язку E-O (кДж/моль)
    C 345,6 357.7
    СІ 222 462

    Кілька облігацій

    Хоча ненасичені сполуки для вуглецю (тобто алкени та алкіни) є загальними, аналогічні сполуки кремнію (дисилени) були зареєстровані лише в 1981 році, а дисиліни в 2004 році. Довжина подвійних зв'язків Si = Si становить 2,14 - 2,29 Å, що на 5 - 10% коротше, ніж довжини одиночного зв'язку Si-Si. Це скорочення зв'язку становить менше, ніж близько 13% в вуглецевих сполуках.

    Примітка

    Традиційна відсутність множинних зв'язків для елементів періоду 3 і нижче призвела до формулювання правила подвійного зв'язку, яке стверджує, що хімічні елементи з основним квантовим числом більше 2 не утворюють множинних зв'язків (наприклад, подвійні зв'язки і потрійні зв'язки) з собою або з іншими елементи. Це правило було застарілим, починаючи з 1981 року з відкриттям подвійних зв'язків кремнію і фосфору. Подвійні зв'язки, які зазвичай не утворюються, можуть бути стабілізовані належними функціональними групами за допомогою кінетичної стабілізації, тобто в електронному або стеричному вигляді.

    Бібліографія

    • Р.Вест, М.Дж. Фінк, і Дж. Міхл, Наука, 1981, 214, 1343.
    • Секігучі, Р.Кіндзо, і М.Ічінохе, Наука, 2004, 305, 1755.