Wiązanie podwójne - Polski Serwis Naukowy

Wiązanie wielokrotne – wiązanie chemiczne między dwoma atomami, w którym bierze udział więcej niż jedna para elektronowa.

Wiązania podwójne i potrójne

Wiązania σ i π w alkenie

Wiązanie podwójne w etylenie

Wiązanie potrójne w acetylenie

Struktura elektronowa benzenu z zaznaczonymi wiązaniami σ (czarne kreski) i zdelokalizowanymi elektronami π (niebieskie pierścienie)

Zgodnie z teorią orbitali frontalnych wiązanie wielokrotne składa się zazwyczaj z jednego wiązania σ i jednego lub więcej wiązań π. Wiązania podwójne i potrójne występują powszechnie, np. w dużej liczbie związków organicznych.

Niemetale – pierwiastki chemiczne lub regeneryczne, które nie wykazują żadnych właściwości metalicznych. Inaczej niż w przypadku metali, nie można podać jednoznacznych cech wszystkich niemetali, gdyż są one bardzo zróżnicowane.

Kwas tlenowy (oksokwasy) – to kwas nieorganiczny, który zawiera przynajmniej jeden atom tlenu połączony z atomem centralnym kwasu. Przykładem tego rodzaju kwasu jest kwas siarkowy(VI) H2SO4.

Teoria orbitali frontalnych dopuszcza też możliwość występowania wiązań 1,5 krotnych, które formalnie rzecz biorąc są parami wiązań pojedynczych i podwójnych, przy czym następuje ich delokalizacja na skutek rezonansu chemicznego, co powoduje, że wiązania te są równocenne. Wiązania takie występują np. w związkach aromatycznych. Wiązania o niecałkowitej krotności występują również powszechnie pomiędzy niemetalami w kwasach tlenowych i ich pochodnych.

Wiązanie π - wiązanie chemiczne powstałe w wyniku nakładania bocznego orbitali atomowych (oprócz s). Kształt tego wiązania wyznacza orbital molekularny π. Przy opisie wiązania π w indeksie dolnym lub po spacji podaje się jakie orbitale tworzą dane wiązanie, np. πd-d, πp-p*, gdzie * oznacza orbital antywiążący.

Orbital – powierzchnia opisana funkcją falową, będącą rozwiązaniem równania Schrödingera dla szczególnego przypadku układu jednego elektronu znajdującego się na jednej z powłok atomowych lub tworzących wiązanie chemiczne.

Energia wiązań wielokrotnych jest zazwyczaj wyższa od wiązań pojedynczych, nie stanowi jednak ich prostej sumy. Wiązania wielokrotne są zawsze krótsze od wiązań pojedynczych między tymi samymi atomami. Mniejsza długość wiązań wielokrotnych i większe nagromadzenie elektronów powoduje, że związki zawierające wiązania wielokrotne są zwykle bardziej reaktywne od związków zawierających wiązania pojedyncze.

Związki metaloorganiczne – organiczne związki chemiczne zawierające przynajmniej jedno wiązanie kowalencyjne pomiędzy atomem metalu i atomem węgla grupy organicznej. Do związków metaloorganicznych nie zalicza się związków zawierających wyłącznie ligandy nieorganiczne (np. CO i CN), ani związków, w których nie występuje wyraźne wiązanie metal-węgiel. Np. tetraetyloołów Pb(C2H5)4 i dimetylortęć Hg(CH3)2 są związkami metaloorganicznymi, natomiast nie są nimi np. etanolan sodu C2H5ONa (brak wiązania Na-C), hem (zawiera wiązanie Fe-N, a nie Fe-C) i pentakarbonylek żelaza Fe(CO)5 (brak grupy organicznej). Do pierwiastków tworzących związki metaloorganiczne zalicza się oprócz typowych metali, także półmetale i niemetale o niskiej elektroujemności (np. bor, krzem, arsen itp.).

Węglowodory aromatyczne, areny – cykliczne węglowodory, w których istnieje układ naprzemiennie położonych sprzężonych wiązań podwójnych i pojedynczych między atomami węgla. Cząsteczki związków aromatycznych są płaskie (o ile ich struktura przestrzenna nie wymusza odchyłek, jak np. dla fullerenu C60), a wszystkie atomy pierścienia aromatycznego muszą mieć hybrydyzację sp2.

Wiązania więcej niż trzykrotne

Bardzo długo sądzono, że wiązania więcej niż trzykrotne nie mogą istnieć. Pogląd ten jeszcze do dzisiaj pokutuje w wielu podręcznikach chemii. W latach '60 XX w. odkryto jednak związki kompleksowe, w których występują wiązania poczwórne. Pierwszym takim związkiem był K2[Re2Cl8], w którym istnieje wiązanie poczwórne między atomami renu. Aktualnie znanych jest już kilkaset związków, głównie dwucentrowych kompleksów metaloorganicznych, w których występują wiązania poczwórne.

Wiązanie σ – wiązanie chemiczne powstałe w wyniku nakładania czołowego orbitali atomowych. Kształt wiązania σ wyznacza orbital molekularny σ. Przy opisie wiązania σ w indeksie dolnym lub po spacji podaje się, jakie orbitale tworzą dane wiązanie, np.: σsp-sp, σsp2-sp, σsp3-s, σp-p*, σs-s, gdzie * oznacza orbital antywiążący.

Związki kompleksowe (inaczej kompleksy, związki koordynacyjne) – związki chemiczne, w których można wyróżnić jeden lub więcej atomów centralnych, otoczonych przez inne atomy lub ich grupy zwane ligandami, przy czym przynajmniej jedno wiązanie atomu centralnego z ligandem ma charakter wiązania koordynacyjnego.

W marcu 2005, w prestiżowym czasopiśmie Nature ukazała się publikacja autorstwa Laury Gagliardi i Bjorna O. Roosa, w której na drodze teoretycznych obliczeń kwantowo-mechanicznych autorzy wykazali możliwość istnienia stabilnego wiązania pięciokrotnego między dwoma atomami uranu. Jest to uzasadnione faktem szczególnej konfiguracji elektronowej tego pierwiastka, posiadającego 16 bardzo zbliżonych energetycznie orbitali walencyjnych (siedem 5f, pięć 6d, jeden 7s i trzy 7p), w stanie podstawowym obsadzonych przez sześć elektronów: (5f)(6d)(7s). Obliczenia autorów pracy wskazały, że w układzie U-U powinny występować trzy wiązania dwuelektronowe i cztery wiązania jednoelektronowe z udziałem dziesięciu elektronów wiążących, co formalnie odpowiada wiązaniu pięciokrotnemu. Jakkolwiek nie ma obecnie niepodważalnego dowodu na istnienie tego rodzaju wiązania w postaci danych z rentgenografii strukturalnej, znane są dwa związki chemiczne, H2U2H2 i OU2O, których względna trwałość może być wyjaśniona przy założeniu istnienia wiązania pięciokrotnego między atomami uranu.

Alkeny – organiczne związki chemiczne z grupy węglowodorów nienasyconych, w których występuje jedno podwójne wiązanie chemiczne między atomami węgla (C=C). Razem ze związkami, które posiadają dwa lub więcej wiązań podwójnych (polienami, takimi jak dieny, trieny itd.) oraz z analogami pierścieniowymi (cykloalkenami i cyklopolienami) tworzą grupę olefin. Mają więcej izomerów oraz są też bardziej aktywne niż alkany. Wraz ze zwiększającą się długością łańcucha węglowego maleje ich reaktywność. Można je otrzymać z ropy naftowej, a w laboratorium w reakcji eliminacji fluorowca z halogenków alkilowych lub przez dehydratację alkoholi. Ich wzór ogólny to CnH2n.

Rezonans chemiczny to sposób przedstawiania struktury związków chemicznych i innych indywiduów chemicznych za pomocą tzw. struktur granicznych. Faktyczna struktura cząsteczki jest opisywana przez kombinację liniową tych struktur.

Przypisy

Cotton, F. A.; Harris, C. B. Inorg. Chem. 4, 330-333, 1965. (ang.)
Cotton, F. A.; Walton, R. A., Multiple Bonds between Metal Atoms, Wiley & Sons, New York, 1982. (ang.)
Gagliardi, L; Roos, B.O.; Nature, 433, 848-851, 2005. (ang.)
Streszczenie publikacji L.Gagliardi i B.O.Roosa w PhysicsWeb. (ang.)
Souter, P. F., Kushto, G. P., Andrews, L. & Neurock,M. "Experimental and theoretical evidence for the formation of several uranium hydride molecules", J. Am. Chem. Soc., 119, 1682-1687 (1997). (ang.)
Gorokhov, L. N., Emelyanov, A. M. & Khodeev, Y. S. "Mass-spectroscopic investigation of stability of gaseous molecules of U2O2 and U2", High Temp., 12, 1156-1158 (1974). (ang.)