Kötéshossz
A molekuláris geometriában a kötéshossz vagy kötéstávolság egy molekula két, egymással kötésben levő atomjának magjai közötti átlagos távolság. Értéke azonos fajta atomok között viszonylag állandó, a molekula többi részétől kevéssé függ.
Magyarázat
[szerkesztés]A kötéshossz kapcsolatban van a kötésrenddel: ha több elektron vesz részt a kötés kialakításában, rövidebb a kötés. A kötés hossza fordítottan arányos a kötés erősségével és a kötés disszociációs energiájával: ha minden más tényező változatlan, az erősebb kötés egyben rövidebb is. Két azonos atom közötti kötés esetében a kötéstávolság fele egyenlő a kovalens sugárral.
A szén- és más atomok közötti kötéshosszak
[szerkesztés]A kötéshosszt szilárd fázisban röntgendiffrakcióval mérik, vagy közelítőleg gázfázisban mikrohullámú spektroszkópia segítségével határozzák meg. Egy adott atompár közötti kötés hossza a különböző molekulák között változhat. A szén és hidrogén közötti kötés hossza például különbözik a metán és a metil-klorid esetében, de azonos általános szerkezetű molekulák esetében van lehetőség általánosításra.
Az alábbi táblázatban a szén és más elemek közötti egyszeres kötések kísérletileg mért hosszai szerepelnek, pikométerben megadva. A két különböző atom közötti kötéstávolság közelítőleg megegyezik a kovalens sugarak összegével. Általános tendencia, hogy a kötéstávolság a periódusos rendszer egy periódusán belül jobbra haladva csökken, egy csoporton belül lefelé haladva pedig nő. Ez a tendencia megegyezik az atomsugarakra érvényes trenddel.
| atom vegyjele | kötéshossz (pm) | csoport |
|---|---|---|
| H | 106–112 | 1. csoport |
| Be | 193 | 2. csoport |
| Mg | 207 | 2. csoport |
| B | 156 | 13. csoport |
| Al | 224 | 13. csoport |
| In | 216 | 13. csoport |
| C | 120–154 | 14. csoport |
| Si | 186 | 14. csoport |
| Sn | 214 | 14. csoport |
| Pb | 229 | 14. csoport |
| N | 147–210 | 15. csoport |
| P | 187 | 15. csoport |
| As | 198 | 15. csoport |
| Sb | 220 | 15. csoport |
| Bi | 230 | 15. csoport |
| O | 143–215 | 16. csoport |
| S | 181–255 | 16. csoport |
| Cr | 192 | 6. csoport |
| Se | 198–271 | 16. csoport |
| Te | 205 | 16. csoport |
| Mo | 208 | 6. csoport |
| W | 206 | 6. csoport |
| F | 134 | 17. csoport |
| Cl | 176 | 17. csoport |
| Br | 193 | 17. csoport |
| I | 213 | 17. csoport |
Kötéshossz a szerves vegyületekben
[szerkesztés]Egy molekulában a két atom közötti kötéshossz nemcsak az atomok fajtájától függ, hanem azok hibridizációs állapotától és a szubsztituensek elektron- és sztérikus szerkezetétől is. A szén–szén (C−C) kötéshossz a gyémántban 154 pm, egyben ez a leghosszabb normál szén kovalens kötéshossz.
Léteznek ugyanakkor szokatlanul hosszú kötések is. Az egyik ilyen vegyület a triciklobutabenzol, melyben 160 pm-es kötéshosszról számoltak be. A jelenleg ismert csúcstartó egy másik ciklobutabenzol, melyben röntgenkrisztallográfiás mérések szerint a kötéshossz 174 pm.[2] Az ilyen típusú vegyületben a ciklobutángyűrű miatt az ahhoz kapcsolódó benzolgyűrű szénatomjai is 90°-os kötésszögbe kényszerülnek a szokásos 120° helyett.
Nagyon hosszú, akár 290 pm-es C−C kötéshosszak létezését vetették fel a két tetracianoetilén dianionból álló dimerben, bár ez 2-elektronos-4-centrumos kötés.[3][4] Ezt a fajta kötést figyelték meg a semleges fenalenil dimerek esetén is. Ez az úgynevezett „pancake bond” (palacsinta kötés),[5] kötéshossza akár 305 pm is lehet.
Az átlagosnál rövidebb C−C kötéstávolságok is léteznek: az alkének és alkinek kötéshossza 133, illetve 120 pm, ennek oka a szigma-kötés megnövekedett s-karaktere. A benzolban minden kötés azonos hosszúságú: 139 pm. A szén–szén egyszeres kötésének s-karakterének növekedése figyelhető meg a diacetilén középső kötése (137 pm), valamint egy adott tetrahedrán dimer esetében is (144 pm).
A propionitril cianocsoportja maga felé szívja az elektronokat, ami szintén csökkenti a kötéshosszt (144 pm). A C−C kötés molekulafeszültség hatására történő összenyomódása is előfordul. Az egyik különleges szerves vegyületben, az in-metilciklofánban a metilcsoport kötéshossza nagyon rövid, csak 147 pm, ugyanis egy tripticén és fenilcsoport közé van beszorítva. In silico kísérletben egy fullerénbe zárt neopentán molekulában a kötéshosszt 136 pm-nek becsülték.[6] Ebben a tanulmányban az elméletileg legrövidebb C−C egyszeres kötés 131 pm-nek adódott, egy feltételezett tetrahedrán származék esetében.[7]
Ugyanez a vizsgálat arra az eredményre jutott, hogy az etánban a C−C kötés 5 pm-rel történő megnyújtása, illetve összenyomása rendre 2,8, illetve 3,5 kJ/mol energiát igényel. 15 pm-es változás esetén az energiaigény 21,9; illetve 37,7 kJ/mol lenne.
| C–H | hossz (pm) | C–C | hossz (pm) | többszörös kötések | hossz (pm) |
|---|---|---|---|---|---|
| sp3–H | 110 | sp3–sp3 | 154 | benzol | 140 |
| sp2–H | 109 | sp3–sp2 | 150 | alkén | 134 |
| sp–H | 108 | sp2–sp2 | 147 | alkin | 120 |
| sp3–sp | 146 | allén | 130 | ||
| sp2–sp | 143 | ||||
| sp–sp | 137 |
Hivatkozások
[szerkesztés]- ↑ Handbook of Chemistry & Physics, 65th, CRC Press (1984). ISBN 0-8493-0465-2
- ↑ Fumio Toda (2000. április 1.). „Naphthocyclobutenes and Benzodicyclobutadienes: Synthesis in the Solid State and Anomalies in the Bond Lengths”. European Journal of Organic Chemistry 2000 (8), 1377–1386. o. [2012. június 29-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:<1377::AID-EJOC1377>3.0.CO;2-I 10.1002/(SICI)1099-0690(200004)2000:8<1377::AID-EJOC1377>3.0.CO;2-I. (Hozzáférés: 2018. augusztus 8.)
- ↑ Novoa J. J. (2001. július 2.). „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 40 (13), 2540–2545. o. [2012. június 29-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:<2540::AID-ANIE2540>3.0.CO;2-O 10.1002/1521-3773(20010702)40:13<2540::AID-ANIE2540>3.0.CO;2-O. (Hozzáférés: 2018. augusztus 8.)
- ↑ Lü J.-M. (2003). „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. 125 (40), 12161–12171. o. DOI:10.1021/ja0364928.
- ↑ Suzuki S. (2006). „Aromaticity on the Pancake-Bonded Dimer of Neutral Phenalenyl Radical as Studied by MS and NMR Spectroscopies and NICS Analysis”. J. Am. Chem. Soc. 128 (8), 2530–2531. o. DOI:10.1021/ja058387z.
- ↑ Huntley D. R. (2005). „Squeezing C–C Bonds”. Angewandte Chemie International Edition 44 (46), 7549–7553. o. DOI:10.1002/anie.200502721. PMID 16259033.
- ↑ Martinez-Guajardo G. (2010). „Shorter Still: Compresing C–C Single Bonds”. Organic Letters, ASAP 12 (18), 4058. o. DOI:10.1021/ol101671m.
- ↑ Fox, Marye Anne. Organische Chemie: Grundlagen, Mechanismen, Bioorganische Anwendungen. Springer (1995). ISBN 978-3-86025-249-9
- ↑ Prof Chao-Jun Li, Ph.D. in lecture, March 2009 (needs citation)
Fordítás
[szerkesztés]Ez a szócikk részben vagy egészben a Bond length című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.