Строение атома углерода

ИЗ КОТОРЫХ ПОСТРОЕНЫ ВСЕ ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ.
Д.И.Менделеев

2p2

……

и р-орбитали в форме гантели или объёмной восьмёрки. Эти орбитали отличаются друг от друга не только формой, но и удалённостью от ядра атома. Чем более удалена от ядра орбиталь, тем большую энергию имеет электрон на этой орбитали.
Энергия электрона — важнейшая характеристика его состояния. Причём, и это очень важно, энергия электрона в атоме может принимать только определённые значения, а сам электрон может занимать орбиталь различных энергетических уровней. Эти орбитали отличаются значением энергии находящегося на них электрона.

Атом углерода, как видно из электронно-графической формулы, имеет два неспаренных электрона, поэтому с их участием могут образоваться две электронные пары, осуществляющие две ковалентные связи. Однако в органических соединениях углерод не двух-, а четырёхвалентен. Это можно объяснить тем, что в возбуждённом (получившем дополнительную энергию) атоме происходит распаривание 2s-электронов и переход одного из них на 2р-орбиталь. Дело в том, что при образовании двух дополнительных связей выделяется значительная энергия, которая с лихвой компенсирует ее затраты на перевод атома углерода в возбужденное состояние.

1s2 2s1 2p3

……

находиться в трёх валентных состояниях.
Первое валентное состояние атома углерода рассмотрим на примере молекулы метана СН4.
При образовании молекулы метана СН4 атом углерода из основного состояния переходит в возбуждённое, в котором имеет четыре неспаренных электрона: один s- и три р-электрона. Эти электроны участвуют в образовании четырёх s-связей с четырьмя атомами водорода. При этом следует ожидать, что три связи С—Н, образованные за счёт спаривания трёх р-электронов атомов углерода с тремя s-электронами трёх атомов водорода (s—р), должны бы отличаться от четвёртой (s—s) связи прочностью, длиной, направлением. Расчёт электронной плотности в молекуле метана показывает, что все связи в его молекуле равноценны и направлены к вершинам тетраэдра. Это объясняется тем, что при образовании молекулы метана ковалентные связи возникают за счёт взаимодействия не «чистых», а так называемых гибридных, т. е. усреднённых по форме и размерам (а следовательно, и по энергии), орбиталей. Таким образом обеспечивается лучшее перекрывание орбиталей атомов углерода и водорода, а значит, более прочная связь.

30-е годы XX века)

│
Н

по линии, соединяющей ядра атомов

π - связь

Образуется при боковом перекрывании негибридных орбиталей атома углерода