Bindungslänge - Bond length

In der Molekülgeometrie wird Bindungslänge oder Bindungsabstand als der durchschnittliche Abstand zwischen den Kernen zweier gebundener Atome in einem Molekül definiert . Es ist eine übertragbare Eigenschaft einer Bindung zwischen Atomen fester Typen, die relativ unabhängig vom Rest des Moleküls ist.

Erläuterung

Die Bindungslänge hängt von der Bindungsordnung ab : Wenn mehr Elektronen an der Bindungsbildung teilnehmen, ist die Bindung kürzer. Die Bindungslänge hängt auch umgekehrt mit der Bindungsstärke und der Bindungsdissoziationsenergie zusammen: Wenn alle anderen Faktoren gleich sind, wird eine stärkere Bindung kürzer sein. Bei einer Bindung zwischen zwei identischen Atomen entspricht der halbe Bindungsabstand dem kovalenten Radius .

Bindungslängen werden in der Festphase mittels Röntgenbeugung gemessen oder in der Gasphase durch Mikrowellenspektroskopie angenähert . Eine Bindung zwischen einem gegebenen Atompaar kann zwischen verschiedenen Molekülen variieren. Beispielsweise unterscheiden sich die Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen in Methan von denen in Methylchlorid . Es ist jedoch möglich, Verallgemeinerungen vorzunehmen, wenn die allgemeine Struktur gleich ist.

Bindungslängen von Kohlenstoff mit anderen Elementen

Eine Tabelle mit experimentellen Einfachbindungen für Kohlenstoff zu anderen Elementen ist unten angegeben. Bindungslängen werden in Picometern angegeben . Näherungsweise ist der Bindungsabstand zwischen zwei verschiedenen Atomen die Summe der einzelnen kovalenten Radien (diese sind in den chemischen Elementartikeln für jedes Element angegeben). Als allgemeiner Trend, Bindungsabstände verringern über die Zeile in dem Periodensystem und erhöhen eine nach unten Gruppe . Dieser Trend ist identisch mit dem des Atomradius .

Bindungsabstand von Kohlenstoff zu anderen Elementen
Verbundelement Bindungslänge ( pm ) Gruppe
h 106–112 Gruppe 1
Sei 193 Gruppe 2
Mg 207 Gruppe 2
B 156 Gruppe 13
Al 224 Gruppe 13
In 216 Gruppe 13
C 120–154 Gruppe 14
Si 186 Gruppe 14
Sn 214 Gruppe 14
Pb 229 Gruppe 14
n 147–210 Gruppe 15
P 187 Gruppe 15
Wie 198 Gruppe 15
Sb 220 Gruppe 15
Bi 230 Gruppe 15
Ö 143–215 Gruppe 16
S 181–255 Gruppe 16
Cr 192 Gruppe 6
Se 198–271 Gruppe 16
Te 205 Gruppe 16
Mo 208 Gruppe 6
W 206 Gruppe 6
F 134 Gruppe 17
Cl 176 Gruppe 17
Br 193 Gruppe 17
ich 213 Gruppe 17

Bindungslängen in organischen Verbindungen

Die Bindungslänge zwischen zwei Atomen in einem Molekül hängt nicht nur von den Atomen ab, sondern auch von Faktoren wie der Orbitalhybridisierung und der elektronischen und sterischen Natur der Substituenten . Die Kohlenstoff-Kohlenstoff-(C-C)-Bindungslänge in Diamant beträgt 154 pm. Sie wird allgemein als die durchschnittliche Länge einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung angesehen, ist aber auch die größte Bindungslänge, die für gewöhnliche kovalente Kohlenstoffbindungen existiert. Da eine atomare Längeneinheit (dh ein Bohr-Radius) 52,9177 pm beträgt, beträgt die C-C-Bindungslänge 2,91 Atomeinheiten oder etwa drei Bohr-Radien.

Es gibt ungewöhnlich lange Bindungslängen. Aktueller Rekordhalter für die längste CC-Bindung mit einer Länge von 186,2 pm ist 1,8-Bis(5-hydroxydibenzo[a,d]cycloheptatrien-5-yl)naphthalin, eines von vielen Molekülen innerhalb einer Kategorie der Hexaarylethane , die Derivate auf Basis des Hexaphenylethan- Gerüsts. Die Bindung befindet sich zwischen den Kohlenstoffen C1 und C2, wie in einem Bild unten dargestellt.

Derivat auf Hexaphenylethan-Gerüstbasis mit der längsten bekannten CC-Bindung zwischen den Atomen C1 und C2 mit einer Länge von 186,2 pm


Eine weitere bemerkenswerte Verbindung mit einer außergewöhnlichen CC-Bindungslänge ist Tricyclobutabenzol , in der eine Bindungslänge von 160 pm angegeben wird. Die längste CC-Bindung innerhalb der Cyclobutabenzol-Kategorie beträgt laut Röntgenkristallographie 174 pm . Bei dieser Art von Verbindung würde der Cyclobutanring den Kohlenstoffatomen, die mit dem Benzolring verbunden sind, 90°-Winkel aufzwingen, wo sie normalerweise Winkel von 120° aufweisen.


Cyclobutabenzol mit einer Bindungslänge in Rot von 174 pm

Die Existenz einer sehr langen CC-Bindungslänge von bis zu 290 pm wird in einem Dimer aus zwei Tetracyanoethylen- Dianionen behauptet , obwohl es sich um eine 2-Elektronen-4-Zentren-Bindung handelt. Diese Art der Bindung wurde auch bei neutralen Phenalenyldimeren beobachtet . Die Bindungslängen dieser sogenannten „Pancake Bonds“ betragen bis zu 305 pm.

Auch kürzere CC-Bindungsabstände sind möglich: Alkene und Alkine haben aufgrund des erhöhten s-Charakters der Sigma-Bindung Bindungslängen von 133 bzw. 120 pm . In Benzol haben alle Bindungen die gleiche Länge: 139 pm. Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindungen mit erhöhtem s-Charakter sind auch in der zentralen Bindung von Diacetylen (137 pm) und der eines bestimmten Tetrahedran-Dimers (144 pm) bemerkenswert .

In Propionitril entzieht die Cyanogruppe Elektronen, was ebenfalls zu einer reduzierten Bindungslänge (144 pm) führt. Das Quetschen einer CC-Bindung ist auch durch Aufbringen von Spannung möglich . Es existiert eine ungewöhnliche organische Verbindung namens In-Methylcyclophan mit einem sehr kurzen Bindungsabstand von 147 pm für die Methylgruppe, die zwischen einer Triptycen- und einer Phenylgruppe gequetscht wird . In einem in silico Experiment wurde für Neopentan in Fulleren ein Bindungsabstand von 136 pm geschätzt . Die kleinste theoretische C-C-Einfachbindung, die in dieser Studie erhalten wurde, beträgt 131 pm für ein hypothetisches Tetraeder-Derivat.

Dieselbe Studie schätzte auch, dass das Strecken oder Zusammendrücken der CC-Bindung in einem Ethanmolekül um 5 pm 2.8 bzw. 3.5 kJ / mol erfordert . Das Dehnen oder Zusammendrücken derselben Bindung um 15 pm erforderte geschätzte 21,9 oder 37,7 kJ/mol.

Bindungslängen in organischen Verbindungen
CH Länge ( pm ) C–C Länge (pm) Mehrfachanleihen Länge (pm)
sp 3 –H 110 sp 3 –sp 3 154 Benzol 140
sp 2 –H 109 sp 3 –sp 2 150 Alken 134
sp–H 108 sp 2 –sp 2 147 Alkin 120
sp 3 –sp 146 Allen 130
sp 2 –sp 143
sp–sp 137

Verweise

Externe Links