Dĺžka väzby

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Diagram potenciálnej energie v závislosti na vzdialenosti dvoch atómov. Dĺžka väzby približne odpovedá hodnote vzdialenosti atómov, keď je potenciálna energia minimálna (na obrázku číslo 3).

Dĺžka väzby je v molekulárnej geometrii definovaná ako priemerná vzdialenosť medzi dvoma jadrami dvoch väzbových atómov v molekule. Je to prenosná vlastnosť dvoch väzbových atómov konkrétnych druhov, prakticky nezávislá od zvyšku molekuly. Dĺžka väzby odpovedá približnému vzdialenosti medzi dvomá atómami, kedy je potenciálna energia minimálna.

Vlastnosti[upraviť | upraviť zdroj]

Dĺžka väzby súvisí s väzbovým poriadkom. Čím viac elektrónov sa účastní väzby, tým je väzba kratšia.[1][2] Dĺžka väzby je takisto nepriamo úmerná sile väzby a disociačnej energii väzby[3] – ak sú všetky ostatné parametry rovnaké, silnejšia väzby bude kratšia. Vo väzbe medzi identickými atómami je polovica dĺžky väzby rovná kovalentnému polomeru.

Dĺžka väzby sa meria v pevnom skupenstve pomocou röntgenovej kryštalografie alebo v plynnom skupenstve približne pomocou mikrovlnnej spektroskopie. Väzby medzi daným párom atómov sa môže v rôznych molekulách líšiť. V prípade metánu je dĺžka C–H väzby iná, než v prípade metylchloridu. Ak je celková štruktúra dvoch látok podobná, je však možné robiť všeobecné závery.

Dĺžky väzby uhlíka s inými prvkami[upraviť | upraviť zdroj]

Nižšie je uvedená tabuľka s experimentálne zmeranými dĺžkami jednoduchých väzieb uhlíka s inými prvkami.[4] Dĺžka väzby približne odpovedá súčtu ich kovalentných polomerom (ktoré sú pre každý prvok rôzne). Všeobcene platí, že dĺžka väzba sa skracuje v perióde smerom doprava a v skupine smerom nahor. Tento trend odpovedá trendu atómového polomeru.

Dĺžka jednoduchej väzby C–X[4]
Prvok Dĺžka väzby (pm) Skupina
H 106–112 1. skupina
Be 193 2. skupina
Mg 207 2. skupina
B 156 13. skupina
Al 224 13. skupina
In 216 13. skupina
C 120–154 14. skupina
Si 186 14. skupina
Sn 214 14. skupina
Pb 229 14. skupina
N 147–210 15. skupina
P 187 15. skupina
As 198 15. skupina
Sb 220 15. skupina
Bi 230 15. skupina
O 143–215 16. skupina
S 181–255 16. skupina
Cr 192 6. skupina
Se 198–271 16. skupina
Te 205 16. skupina
Mo 208 6. skupina
W 206 6. skupina
F 134 17. skupina
Cl 176 17. skupina
Br 193 17. skupina
I 213 17. skupina

Dĺžka väzby v organickej chémii[upraviť | upraviť zdroj]

Dĺžka väzby nie je závislá len na atómoch, ale i na iných faktoroch, napríklad hybridizácii, elektrónovej povahe substituentov a stérickom bránení. Väzby C–C v diamante je 154 pm.[5] Všeobecne sa táto hodnota pokladá za priemernú dĺžku C–C väzby, ale takisto je to najdlhšia väzba ktorá existuje pre bežné uhlíkové kovalentné väzby. Keďže jedna atómová jednotka dĺžky (teda Bohrov polomer) je 52,9177 pm, C–C väzba má 2,91 atómových jednotiek alebo skoro 3 Bohrove polomery.

Nezvyčajne dlhé väzby[upraviť | upraviť zdroj]

Derivát s najdlhšou známou C–C väzbou, ktorej dĺžka je 186,2 pm (medzi C1 a C2)

Existujú i nezvyčajne dlhé väzby. Aktuálne najdlhšiu známu C–C väzbu, ktorá je dlhá 180,6 pm, má 1,8-bis(5-hydroxydibenzo[a,d]cycloheptatrien-5-yl)naftalén,[6] jedna z mnohých látok patriaca medzi hexaaryletány, ktoré vznikajú ako deriváty štruktúry hexafenyletánu.

Cyklobutabenzén s väzbou dlhou 174 pm

Ďalšia látka s nezvyčajne dlhou C–C väzbou je tricyklobutabenzén, ktorý má dĺžku väzby 160 pm. Najdlhšia známa C–C väzba cyklobutabenzénového derivátu je 174 pm, zmeraná pomocou röntgenovej kryštalografie.[7] V týchto zlúčeninách si cyklobutánové kruhy vynucujú 90° uhol na atómoch naviazaných na benzénové kruhy, ktoré majú štandardne uhol 120 °.

U dimérov tetrakyanoetylénových dianiónov bola popísaná C–C väzba s dĺžkou až 290 pm, ale v tomto prípade ide o dvojelektrónovú štvorcentrovú väzbu.[8][9] Tento typ väzby bol pozorvaný aj u fenalenylových dimérov. Dĺžky týchto väzieb môžu byť až 305 pm.

V prípade karboránových zlúčenín boli popísané C–C väzby s dĺžkou takmer až 200 pm.[10]

Nezvyčajne krátke väzby[upraviť | upraviť zdroj]

Väzby kratšie než priemerná C–C väzba sú takisto možné: alkény a alkíny majú väzbové dĺžky 133 a 120 pm,[11] kvôli rastúcemu príspevku s-orbitálu k sigma väzbe. U benzénu sú všetky väzby rovnako dlhé, a to 139 pm. Podobný efekt vidieť i u diacetylénu (137 pm) a niektorýc tetrahedránových dimérov (144 pm).

Kyanoskupina propionitrilu odťahuje elektróny, čo takisto vedie ku kratšej väzbe (144 pm). Skrátenie väzby je možné i využitím pnutia. Nezvyčajná organická zlúčenina s názvom In-metylcyklofán má väzbu dlhú 147 pm k metylovej skupine, ktorá sa nachádza medzi triptycénom a fenylovou skupinou. V in silico experimentoch bola pre neopentán uzavretý vo fuleréne spočítaná dĺžka väzby 136 pm.[12] Teoreticky najmenšia popísaná C–C väzba je 131 pm prítomná v hypotetickom tetrahedránovom deriváte.[13] Táto štúdia takisto popisuje efekt tohto skrátenia väzby na energiu molekuly – konkrétne u etánu by skrátenie väzby o 15 pm viedlo k zvýšeniu energie asi 37,7 kJ/mol.[13]

Dĺžka väzby v organický zlúčeninách[11]
C–H Dĺžka (pm) C–C Dĺžka (pm) Násobné väzby Dĺžka (pm)
sp3–H 110 sp3–sp3 154 Benzén 140
sp2–H 109 sp3–sp2 150 Alkén 134
sp–H 108 sp2–sp2 147 Alkín 120
sp3–sp 146 Alén 130
sp2–sp 143
sp–sp 137

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. Bond Order and Lengths [online]. Chemistry LibreTexts, 2013-10-02, [cit. 2022-08-17]. Dostupné online. (po anglicky)
  2. Bond Lengths and Energies [online]. [Cit. 2022-08-17]. Dostupné online.
  3. Bond Energies [online]. Chemistry LibreTexts, 2013-10-02, [cit. 2022-08-17]. Dostupné online. (po anglicky)
  4. a b Handbook of Chemistry & Physics. 65th. vyd. [s.l.] : CRC Press, 1984-06-27. ISBN 0-8493-0465-2.
  5. MORE, Robert B; BOKROS, Jack C. Biomaterials: Carbon. Hoboken, NJ, USA : John Wiley & Sons, Inc., 2006-04-14. DOI: 10.1002/0471732877.emd023. Dostupné online. ISBN 978-0-471-73287-7. DOI:10.1002/0471732877.emd023 S. emd023. (po anglicky)
  6. Yusuke Ishigaki, Takuya Shimajiri, Takashi Takeda, Ryo Katoono, Takanori Suzuki. Naphthocyclobutenes and Benzodicyclobutadienes: Synthesis in the Solid State and Anomalies in the Bond Lengths. CHEM, April 2018, s. 795–806. Dostupné online. DOI10.1016/j.chempr.2018.01.011.
  7. Fumio Toda. Naphthocyclobutenes and Benzodicyclobutadienes: Synthesis in the Solid State and Anomalies in the Bond Lengths. European Journal of Organic Chemistry, April 2000, s. 1377–1386. Dostupné online. DOI10.1002/(SICI)1099-0690(200004)2000:8<1377::AID-EJOC1377>3.0.CO;2-I.
  8. Novoa J. J.; Lafuente P.; Del Sesto R. E.. Exceptionally Long (2.9 Å) C–C Bonds between [TCNE] Ions: Two-Electron, Four-Center π*–π* C–C Bonding in π-[TCNE]22−. Angewandte Chemie International Edition, 2001-07-02, s. 2540–2545. Dostupné online. DOI10.1002/1521-3773(20010702)40:13<2540::AID-ANIE2540>3.0.CO;2-O.
  9. Lü J.-M.; Rosokha S. V.; Kochi J. K.. Stable (Long-Bonded) Dimers via the Quantitative Self-Association of Different Cationic, Anionic, and Uncharged -Radicals: Structures, Energetics, and Optical Transitions. J. Am. Chem. Soc., 2003, s. 12161–12171. DOI10.1021/ja0364928. PMID 14519002.
  10. The fight over the longest carbon-carbon bond is redefining what a bond is [online]. cen.acs.org, [cit. 2022-08-17]. Dostupné online.
  11. a b Fox, Marye Anne; Whitesell, James K.. Organische Chemie: Grundlagen, Mechanismen, Bioorganische Anwendungen. [s.l.] : Springer, 1995. ISBN 978-3-86025-249-9.
  12. Huntley D. R.; Markopoulos G.; Donovan P. M.. Squeezing C–C Bonds. Angewandte Chemie International Edition, 2005, s. 7549–7553. DOI10.1002/anie.200502721. PMID 16259033.
  13. a b Martinez-Guajardo G.; Donald K. J.; Wittmaack B. K.. Shorter Still: Compresing C–C Single Bonds. Organic Letters, 2010, s. 4058–61. DOI10.1021/ol101671m. PMID 20718457.

Zdroj[upraviť | upraviť zdroj]

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Bond length na anglickej Wikipédii.