Risposta migliore
I legami singoli, doppi e tripli sono molto noti e gli esempi più semplici sono letano, letene (etilene) e letino (acetilene). Nelletano, due elettroni sono condivisi da due atomi di carbonio (legame singolo), occupando σ orbitale. Il doppio legame si verifica quando quattro elettroni sono condivisi, occupando un orbitale σ (sigma) e uno π (pi). Infine, il triplo legame si verifica condividendo sei elettroni in un orbitale σ e due π.
Pertanto, si suppone che il legame quadruplo si verifichi quando otto elettroni sono condivisi da due atomi. Questo non è possibile per il carbonio (in realtà C\_2 ha un doppio legame e C\_2 ^ {2-} ha un triplo legame) a causa dei vincoli di simmetria. Quando solo gli orbitali atomici sono disponibili per il legame, è possibile eseguire un solo legame σ. Con tre orbitali p, è possibile creare un legame σ (che coinvolge orbitali p\_z) e due legami π (orbitali p\_x + p\_x e orbitali p\_y + p\_y).
Il legame quadruplo (e quintuplo) è possibile solo usando d orbitali. Con loro, può creare un legame σ (che coinvolge d\_ {z ^ 2} orbitali), due legami π (orbitali d\_ {xz} + d\_ {xz} e orbitali d\_ {yz} + d\_ {yz}) e due orbitali δ (delta) legami (d\_ {xy} + d\_ {xy} orbitali e d\_ {x ^ 2-y ^ 2} + d\_ {x ^ 2-y ^ 2} orbitali).
Il primo esempio di legame quadruplo è stato rilevato nellanione complesso [Re\_2Cl\_8 ^ {2-}], dove due Le unità [ReCl\_4 ^ -] sono collegate da un legame quadruplo (un legame σ, due π e uno δ) tra due atomi di renio. Le evidenze sperimentali che confermano lesistenza del legame quadruplo in questo composto sono state fornite da studi strutturali (cristallografia a raggi X) e tecniche spettroscopiche.
Nonostante rari, sono stati scoperti più composti con legame quadruplo e, più recentemente , specie con legame quintuplo (che coinvolge tutti gli orbitali d) e legame sestuplo (con tutti gli orbitali d orbitali più uno s orbitale).
È possibile andare oltre con i metalli f-block che, in teoria, potrebbero formare legami φ.
Risposta
Il carbonio può formare e forma di routine tripli legami con se stesso (come in C2H2, acetilene), nei ciano composti (CN-) e nel monossido di carbonio (CO). Alcuni studenti si chiedono perché 2 atomi di carbonio non formano legami quadrupli con se stessi per completare gli orbitali di entrambi gli atomi. Probabilmente se lo stanno chiedendo dato che il vicino del carbonio a destra, lazoto, forma una tripla con se stesso nella molecola di N2 in modo che ogni atomo possa avere un conteggio completo degli elettroni. Se questa era la linea dei tuoi pensieri, te ne lodo. Si tratta di utilizzare un modello sottostante per prevedere il comportamento di altri sistemi.
Ma nel legame cè di più che la semplice tendenza a ottenere una configurazione di gas nobile. La formazione di alcuni tipi di legami può essere meno stabile (o instabile) rispetto ad altri a causa delle forze repulsive. Una molecola C2 a legame quadruplo potrebbe esistere alle basse temperature dello spazio, ma è improbabile che sia stabile a temperature e pressioni ambientali. Ricorda che il carbonio ha un raggio atomico piccolo e, nel caso di un legame quadruplo C2, sono 8 elettroni racchiusi in una regione molto piccola. La quantità di repulsione sarebbe immensa.
La molecola C2 è stata oggetto di ricerche approfondite per molti decenni. I chimici continuano a chiedersi che il carbonio possa formare un legame quadruplo con se stesso. Se sei interessato allargomento, ecco alcuni articoli che esplorano la possibilità di un legame quadruplo in C2: Legame quadruplo in C2 e specie di elettroni analoghi a otto valenza
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/SC/C5SC03437J#!divAbstract
Ed eccone un altro che suggerisce lesistenza di un ligando CUO con un legame quadruplo tra carbonio e uranio. Sulla molteplicità di legami massimi del carbonio: insolito legame quadruplo C≣U nel CUO molecolare
Il carbonio forma composti acetilidici con un numero di alcali e metalli alcalino terrosi. Lanione acetilide, che è in uno stato -2 ed è considerato un triplo legame, ha una lunghezza di legame ancora più breve tra gli atomi di carbonio rispetto a quella del presunto legame quadruplo di C2. Se dovessi fare unipotesi plausibile, C2 probabilmente transiterà tra un gruppo di stati eccitati in cui uno degli atomi di carbonio è nello stato C- e laltro in C +. Ciò probabilmente causa una contrazione molto breve di un triplo legame, portando i ricercatori a presumere che si tratti di un legame quadruplo. Ma probabilmente non lo è.