Najlepsza odpowiedź
Wiązania pojedyncze, podwójne i potrójne są bardzo znane, a najprostszymi przykładami są etan, eten (etylen) i etyn (acetylen). W etanie dwa elektrony są wspólne dla dwóch atomów węgla (wiązanie pojedyncze), zajmujących orbital σ. Wiązanie podwójne występuje, gdy cztery elektrony są wspólne, zajmując jeden orbitale σ (sigma) i jeden π (pi). Wreszcie, wiązanie potrójne zachodzi poprzez współdzielenie sześciu elektronów w jeden orbitale σ i dwa π.
Dlatego przypuszcza się, że wiązanie poczwórne występuje, gdy osiem elektronów jest wspólnych dla dwóch atomów. Nie jest to możliwe w przypadku węgla (w rzeczywistości C\_2 ma wiązanie podwójne, a C\_2 ^ {2-} ma wiązanie potrójne) ze względu na ograniczenia symetrii. Gdy tylko s orbitale atomowe są dostępne do wiązania, można wykonać tylko jedno wiązanie σ. W przypadku trzech orbitali p możliwe jest utworzenie jednego wiązania σ (obejmującego orbitale p\_z) i dwóch wiązań π (orbitali p\_x + p\_x i orbitali p\_y + p\_y).
Wiązanie poczwórne (i pięciokrotne) jest możliwe tylko przy użyciu orbitali d. Dzięki nim może utworzyć jedno wiązanie σ (obejmujące orbitale d\_ {z ^ 2}), dwa wiązania π (orbitale d\_ {xz} + d\_ {xz} i orbitale d\_ {yz} + d\_ {yz}) i dwa wiązania δ (delta) (d\_ {xy} + d\_ {xy} orbitale i d\_ {x ^ 2-y ^ 2} + d\_ {x ^ 2-y ^ 2} orbitale).
Pierwszy przykład poczwórnego wiązania został wykryty w [Re\_2Cl\_8 ^ {2-}] anionie zespolonym, gdzie dwa Jednostki [ReCl\_4 ^ -] są połączone poczwórnym wiązaniem (jedno σ, dwa π i jedno δ) między dwoma atomami renu. Eksperymentalne dowody potwierdzające istnienie poczwórnego wiązania w tym związku uzyskano dzięki badaniom strukturalnym (krystalografii rentgenowskiej) i technikom spektroskopowym.
Pomimo rzadkich, odkryto więcej związków z poczwórnym wiązaniem, a ostatnio , gatunki z wiązaniem pięciokrotnym (obejmującym wszystkie orbitale d) i wiązaniem sześciokrotnie (ze wszystkimi d orbitale plus jeden s orbital).
Możliwe jest wyjście poza metale bloku f, które teoretycznie mogą tworzyć wiązania φ.
Odpowiedź
Węgiel może rutynowo tworzyć wiązania potrójne ze sobą (jak w przypadku C2H2, acetylen), w związkach cyjanowych (CN-) i tlenku węgla (CO). Niektórzy uczniowie zastanawiają się, dlaczego 2 atomy węgla nie tworzą ze sobą poczwórnych wiązań, aby uzupełnić orbitale obu atomów. Prawdopodobnie zastanawiają się nad tym, biorąc pod uwagę, że sąsiad węgla po prawej stronie, azot, tworzy ze sobą potrójną cząsteczkę w cząsteczce N2, więc każdy atom może mieć pełną liczbę elektronów. Jeśli to był twój tok myślenia, pochwalam cię za to. To wykorzystuje podstawowy wzorzec do przewidywania zachowania innych systemów.
Ale wiązanie to coś więcej niż tylko tendencja do osiągnięcia konfiguracji gazu szlachetnego. Tworzenie niektórych rodzajów wiązań może być mniej stabilne (lub niestabilne) w porównaniu z innymi z powodu sił odpychających. Cząsteczka C2 związana poczwórnie może istnieć w niskich temperaturach kosmosu, ale jest mało prawdopodobne, aby była stabilna w temperaturach i ciśnieniach otoczenia. Pamiętaj, że węgiel ma mały promień atomowy, aw przypadku poczwórnego wiązania C2, czyli 8 elektronów upakowanych w bardzo małym obszarze. Stopień odpychania byłby ogromny.
Cząsteczka C2 była przedmiotem szeroko zakrojonych badań przez wiele dziesięcioleci. Chemicy wciąż się zastanawiają, czy węgiel może utworzyć ze sobą poczwórne wiązanie. Jeśli jesteś zainteresowany tym tematem, oto kilka artykułów badających możliwość poczwórnego wiązania w C2: Czterokrotne wiązanie w C2 i analogicznych formach elektronów o ośmiowartościowości
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/SC/C5SC03437J#!divAbstract
A oto kolejna sugerująca istnienie liganda CUO z poczwórnym wiązaniem między węglem a uranem. Na maksymalnej krotności wiązań węgla: niezwykłe poczwórne wiązanie C≣U w cząsteczkowym CUO
Węgiel tworzy związki acetylenowe z wieloma alkaliami i metale ziem alkalicznych. Anion acetylenowy, który jest w stanie -2 i jest uważany za wiązanie potrójne, ma jeszcze krótszą długość wiązania między atomami węgla niż domniemane wiązanie poczwórne C2. Gdybym musiał zgadywać, C2 prawdopodobnie przechodzi między zbiorem stanów wzbudzonych, w których jeden z atomów węgla jest w stanie C, a drugi w C +. Prawdopodobnie powoduje to bardzo krótki skurcz potrójnego wiązania, co prowadzi naukowców do założenia, że jest to wiązanie poczwórne. Ale prawdopodobnie tak nie jest.