Beste antwoord
Enkele, dubbele en drievoudige bindingen zijn zeer bekend en de eenvoudigste voorbeelden zijn ethaan, etheen (ethyleen) en ethyn (acetyleen). In ethaan worden twee elektronen gedeeld door twee koolstofatomen (enkele binding), die σ-orbitaal bezetten. Dubbele binding treedt op wanneer vier elektronen worden gedeeld, die één σ (sigma) en één π (pi) orbitalen bezetten. Ten slotte ontstaat een drievoudige binding door zes elektronen te delen in één σ- en twee π-orbitalen.
Daarom wordt verondersteld dat een viervoudige binding optreedt wanneer acht elektronen worden gedeeld door twee atomen. Dit is niet mogelijk voor koolstof (eigenlijk heeft C\_2 een dubbele binding en C\_2 ^ {2-} heeft een drievoudige binding) vanwege symmetriebeperkingen. Wanneer alleen s atomaire orbitalen beschikbaar zijn voor binding, kan er maar één σ-binding worden gemaakt. Met drie p-orbitalen is het mogelijk om één σ-binding te maken (met p\_z-orbitalen) en twee π-bindingen (p\_x + p\_x-orbitalen en p\_y + p\_y-orbitalen).
Viervoudige (en vijfvoudige) binding is alleen mogelijk met behulp van d orbitalen. Met hen kan het één σ-binding (met d\_ {z ^ 2} orbitalen), twee π-bindingen (d\_ {xz} + d\_ {xz} orbitalen en d\_ {yz} + d\_ {yz} orbitalen) en twee δ (delta) obligaties (d\_ {xy} + d\_ {xy} orbitalen en d\_ {x ^ 2-y ^ 2} + d\_ {x ^ 2-y ^ 2} orbitalen).
Het eerste voorbeeld van viervoudige binding werd gedetecteerd in [Re\_2Cl\_8 ^ {2-}] complex anion, waarbij twee [ReCl\_4 ^ -] eenheden zijn verbonden door een viervoudige binding (een σ, twee π en een δ bindingen) tussen twee reniumatomen. De experimentele bewijzen die het bestaan van een viervoudige binding in deze verbinding bevestigen, werden geleverd door structurele studies (röntgencristallografie) en spectroscopische technieken.
Ondanks zeldzaam zijn er meer verbindingen met een viervoudige binding ontdekt, en meer recentelijk , soorten met vijfvoudige binding (met alle d-orbitalen) en zesvoudige binding (met alle d orbitalen plus een s orbitaal).
Het is mogelijk om verder te gaan met f-blok metalen die, in theorie, φ bindingen zouden kunnen vormen.
Antwoord
Koolstof kan routinematig drievoudige bindingen vormen met zichzelf (zoals in C2H2, acetyleen), in cyaanverbindingen (CN-) en in koolmonoxide (CO). Sommige studenten vragen zich af waarom 2 koolstofatomen geen viervoudige bindingen met zichzelf vormen om de orbitalen van beide atomen te voltooien. Ze vragen zich dit waarschijnlijk af, aangezien stikstof, de buurman van koolstof aan de rechterkant, een drievoudig vormt met zichzelf in het N2-molecuul, zodat elk atoom een volledig elektronentelling kan hebben. Als dit uw gedachtegang was, dan prijs ik u daarvoor. Hierbij wordt een onderliggend patroon gebruikt om het gedrag van andere systemen te voorspellen.
Maar er is meer bij binding dan alleen de neiging om een edelgasconfiguratie te bereiken. De vorming van sommige soorten bindingen is mogelijk minder stabiel (of onstabiel) in vergelijking met andere vanwege afstotende krachten. Een viervoudig gebonden C2-molecuul kan bestaan bij de lage temperaturen in de ruimte, maar het is onwaarschijnlijk dat het stabiel is bij omgevingstemperaturen en -drukken. Onthoud dat koolstof een kleine atoomstraal heeft, en in het geval van een C2 viervoudige binding, dat zijn 8 elektronen verpakt in een heel klein gebied. De mate van afstoting zou enorm zijn.
Het C2-molecuul is al decennia lang het onderwerp van uitgebreid onderzoek. Chemici blijven zich afvragen dat koolstof een viervoudige binding met zichzelf kan vormen. Als u geïnteresseerd bent in het onderwerp, vindt u hier een handvol artikelen waarin de mogelijkheid van een viervoudige binding in C2 wordt onderzocht: Viervoudige binding in C2 en analoge acht-valentie-elektronensoorten
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/SC/C5SC03437J#!divAbstract
En hier is er nog een die het bestaan suggereert van een CUO-ligand met een viervoudige binding tussen koolstof en uranium. Over de maximale bindingsmultipliciteit van koolstof: ongebruikelijke viervoudige C quadU-binding in moleculaire CUO
Koolstof vormt acetylideverbindingen met een aantal alkali en aardalkalimetalen. Het acetylide-anion, dat zich in een -2-toestand bevindt en wordt beschouwd als een drievoudige binding, heeft een nog kortere bindingslengte tussen de koolstofatomen dan die van de veronderstelde viervoudige binding van C2. Als ik een gefundeerde schatting zou moeten maken, is C2 waarschijnlijk een overgang tussen een stel aangeslagen toestanden waarin een van de koolstofatomen in C-toestand is en de andere in C +. Dit veroorzaakt waarschijnlijk een zeer korte samentrekking van een drievoudige binding, waardoor onderzoekers aannemen dat het een viervoudige binding is. Maar waarschijnlijk niet.