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Il nome comune di CH4 è metano. È l'idrocarburo più semplice nella molecola organica ed è un idruro di C. Nella struttura lewis CH4, la molecola ha una forma tetraedrica e ha un angolo di legame perfettamente 109.50. La molecola subita è sp3 ibridazione. Un atomo di H è al di sotto del piano molecolare e l'altro è al di sopra del piano molecolare.
CH4 è usato per sintetizzare idrocarburi di ordine superiore nelle reazioni organiche. È un semplice alcano perché tutti i legami CH sono singoli.
Come disegnare la struttura di Lewis CH4?
Disegnare la struttura di Lewis per il metano (CH4) è piuttosto semplice, ma esaminiamo il processo passo dopo passo. Il metano è una molecola semplice, costituita da un atomo di carbonio legato a quattro atomi di idrogeno. Ecco come puoi disegnare la sua struttura di Lewis:
Contare il numero totale di elettroni di valenza: Nel metano, l'atomo di carbonio centrale ha 4 elettroni di valenza e ciascun atomo di idrogeno ha 1 elettrone di valenza. Dato che ci sono 4 atomi di idrogeno, ci sono 4 elettroni di valenza dell'idrogeno, più i 4 del carbonio, per un totale di 8 elettroni di valenza con cui lavorare.
Determinare l'atomo centrale: Il carbonio è meno elettronegativo dell'idrogeno e può formare più legami, quindi il carbonio sarà l'atomo centrale nella struttura.
Disegna uno scheletro della molecola: Posiziona il carbonio al centro e disponi i quattro atomi di idrogeno attorno ad esso. È come immaginare un segno più, con il carbonio all'intersezione e gli atomi di idrogeno alle estremità di ciascuna linea.
Distribuire gli elettroni di valenza: Iniziando dagli atomi più esterni, posiziona gli elettroni attorno ad essi per rappresentare i legami tra gli atomi di carbonio e di idrogeno. Ogni legame tra carbonio e idrogeno utilizzerà 2 degli 8 elettroni di valenza. Poiché nel metano abbiamo 4 legami CH, tutti gli 8 elettroni vengono utilizzati per formare questi legami.
Controlla la regola dell'ottetto: Ogni atomo del metano segue le regole secondo le quali ama vivere. Il carbonio ottiene il suo intero ottetto perché condivide 4 elettroni con l'idrogeno (uno per ciascun legame) e ogni idrogeno è felice con 2 elettroni (un guscio esterno completo per l'idrogeno).
Aggiungi coppie solitarie se necessario: Nel caso del metano, non ci sono coppie solitarie perché abbiamo utilizzato tutti gli elettroni di valenza per formare i legami, e ogni atomo ha il suo guscio esterno completo richiesto.
Quindi, la struttura finale di Lewis CH4 è:
Questo è tutto! Hai la struttura di Lewis per il metano. Visivamente, vedresti il carbonio al centro con linee singole (che rappresentano i singoli legami) che si estendono fino agli idrogeni nei quattro punti cardinali. La struttura del metano è un perfetto esempio di geometria molecolare tetraedrica, ma si immerge un po' nelle forme molecolari.
Forma della struttura Lewis CH4
Secondo la teoria VSEPR (Valence Shell Electrons Pair Repulsion) se il conteggio degli elettroni di una molecola è 8, allora la molecola adotta la geometria tetraedrica. Il contributo degli elettroni per C è 4 e quattro atomi H contribuiscono con 1 elettrone ciascuno, quindi il conteggio totale degli elettroni sarà 8. Quindi, il CH4 struttura legislativa è tetraedrico.
Nel CH4 struttura legislativa, l'intera densità elettronica si trova solo sugli atomi di C centrali. La C è circondata da quattro atomi di H nella parte tetraedrica. La forma della molecola è ideale e nessuna deviazione nella forma e nella geometria perché non è presente una coppia solitaria e non è presente alcun fattore di destabilizzazione.
Elettroni di valenza CH4
Gli elettroni presenti nella valenza o nel guscio più esterno di un atomo sono conosciuti come elettroni di valenza. Per C il numero di elettroni di valenza è 4 e per H il numero di elettroni di valenza è 1.
Nella struttura lewis CH4, l'atomo C è un gruppo 14th elemento, avente configurazione elettronica [He] 2s22p2 quindi, ha quattro elettroni nel suo orbitale più esterno e tutti gli elettroni sono coinvolti nella formazione del legame sigma con quattro atomi di H. Per l'atomo H sappiamo tutti che è presente un solo elettrone e questo è il suo elettrone di valenza ed è coinvolto nella formazione del legame con C.
Quindi, nel CH4 struttura legislativa, il numero totale di gli elettroni di valenza sono 4+(4*1) = 8 elettroni ed è dimostrato che l'ottetto numerico è pienamente soddisfatto da questa molecola.
CH4 struttura lewis carica formale
La contabilizzazione della stessa elettronegatività per tutti gli atomi in una particolare molecola calcola la carica specifica sulla molecola o i singoli atomi sono chiamati carica formale. La carica formale è un concetto ipotetico, con questo concetto possiamo prevedere se la molecola è carica o meno.
La formula che possiamo usare per calcolare l'addebito formale, FC = Nv - Nlp -1/2 nbp
Dove Nv è il numero di elettroni nel guscio di valenza o nell'orbitale più esterno, Nlp è il numero di elettroni nella coppia solitaria e Nbp è il numero totale di elettroni coinvolti solo nella formazione del legame.
Nel CH4 struttura legislativa, C e H sono sostituenti diversi, quindi calcoliamo la carica formale di C e H individualmente.
L'addebito formale su C è 4-0-(8/2) = 0
L'addebito formale su H è 1-0-(2/2) = 0
Quindi, la carica formale su C e H è zero. Si riflette anche nel CH4 struttura legislativa che anche la molecola è neutra.
Quindi, l'accusa formale individuale fornisce anche la corretta spiegazione di una molecola carica o neutra.
CH4 struttura lewis coppie solitarie
Gli elettroni sono presenti nel guscio di valenza o nell'orbitale più esterno di un atomo ma non sono coinvolti nella formazione del legame diretto ma esistono come le coppie sono chiamate coppie solitarie. Dalla struttura lewis CH4, possiamo dire che non ci sono coppie solitarie sulla molecola.
Nel CH4 struttura legislativa, sono presenti due sostituenti, C e H. H ha un solo elettrone nel suo guscio e quell'elettrone è anche l'elettrone di valenza per esso. Che un elettrone di H è coinvolto nella formazione del legame sigma con l'atomo c centrale, quindi non esiste una coppia solitaria per l'atomo H.
C è il gruppo 14th elemento e ha quattro elettroni nel suo orbitale più esterno, tutti gli elettroni sono coinvolti nella formazione del legame sigma con quattro atomi di H. Quindi, non ci sono elettroni presenti per C nel suo orbitale più esterno. Quindi, C manca anche di coppie solitarie e dell'intero CH4 struttura legislativa non contiene coppie solitarie.
Regola dell'ottetto della struttura di Lewis CH4
Ogni atomo tranne il gas nobile cerca di completare il suo guscio di valenza ma accetta un numero adeguato di un elettrone da un'altra sorgente e cerca di ottenere la configurazione di gas nobile più vicina secondo la regola dell'ottetto. CH4 la struttura di Lewis cerca anche di completare il suo ottetto mediante la formazione di legami tra C e H.
Nella struttura lewis CH4, la configurazione elettronica di C è [He]2s22p2. Quindi, ci sono quattro elettroni nel guscio più esterno per C e ha bisogno di altri quattro elettroni per completare il suo ottetto. Ora nella molecola CH4 C forma quattro legami sigma con quattro atomi di H attraverso la condivisione di elettroni e il completamento del suo ottetto.
Ancora, per H c'è solo un elettrone, e quell'elettrone è l'elettrone di valenza che è presente nel guscio di valenza per H. H ha bisogno di un altro elettrone per completare il suo ottetto e ottenere la configurazione di gas nobile più vicina come He. Ora H forma un legame con C condividendo il suo un elettrone e un elettrone da C e completando anche il suo ottetto.
Angolo di legame della struttura di Lewis CH4
Un angolo di legame è un angolo specifico formato dagli atomi in una particolare molecola per disporli in un modo particolare. Nel CH4 struttura legislativa, l'angolo di legame è 109.50, ideale per la geometria tetraedrica.
Dal CH4 struttura legislativa, sappiamo che la molecola di metano adotta la geometria tetraedrica e dalla teoria VSEPR sappiamo che l'angolo di legame per la geometria tetraedrica è 109.50. In questa struttura, non vi è alcuna deviazione dall'angolo di legame ideale e il motivo è che non è presente alcun fattore di deviazione. Le dimensioni di C, così come H, sono molto piccole, quindi non c'è repulsione tra di loro e non ci sono coppie solitarie sulla molecola. Quindi, nessuna possibilità di repulsione della coppia solitaria.
Quindi, l'HCH è perfettamente 109.50 nella parte tetraedrica ideale.
Risonanza della struttura di Lewis del CH4
La delocalizzazione delle nuvole elettroniche tra diversi scheletri di una particolare molecola è chiamata risonanza. Ma nel CH4 struttura legislativa, non si verifica alcuna risonanza.
La risonanza si verifica solo tra gli atomi che giacciono sullo stesso piano. Ma nella struttura di lewis CH4, due degli atomi di H sono presenti sul piano molecolare ma altri due si trovano al di sotto e al di sopra del piano molecolare. Quindi, la risonanza non può verificarsi lì. Anche in questo caso, per la risonanza, è necessario un extra nuvola elettronica che può essere delocalizzata ma C e H sono entrambe elettropositive e mancano di nuvola elettronica.
Quindi, nel CH4 struttura legislativa non può verificarsi la risonanza. Quindi, non ci sono risonanze le strutture sono osservate per il CH4 lewis struttura.
Ibridazione CH4
L'ibridazione è un concetto teorico mediante il quale due o più orbitali di diversa energia subiscono la miscelazione per produrre un orbitale ibrido di energia equivalente e formare un legame covalente. CH4 struttura legislativa è una molecola covalente, quindi mostra anche l'ibridazione e l'atomo C centrale è ibridato sp3.
Calcoliamo l'ibridazione CH4 utilizzando la seguente formula,
H = 0.5(V+M-C+A), dove H= valore di ibridazione, V è il numero di elettroni di valenza nell'atomo centrale, M = atomi monovalenti circondati, C=no. di catione, A=n. dell'anione.
Per il CH4 struttura legislativa, c ha 4 elettroni di valenza coinvolti nella formazione del legame e sono presenti quattro atomi di H.
Quindi, la C centrale nel CH4 struttura legislativa è, ½(4+4+0+0) = 4 (sp3) ibridato.
| Structure | Valore di ibridazione | Stato di ibridazione dell'atomo centrale | Angolo di legame |
| Lineare | 2 | sp/sd/pd | 1800 |
| Planner trigonale | 3 | sp2 | 1200 |
| Tetraedrico | 4 | sd3/sp3 | 109.50 |
| Bipiramidale trigonale | 5 | sp3g/dsp3 | 900 (assiale), 1200(equatoriale) |
| Ottaedrico | 6 | sp3d2/ D2sp3 | 900 |
| Bipiramidale pentagonale | 7 | sp3d3/d3sp3 | 900, 720 |
Dalla tabella di ibridazione sopra, possiamo concludere che se il valore di ibridazione è 4 allora gli atomi centrali sono sp3 ibridato.
Dal diagramma a scatola del CH4 struttura legislativa, possiamo dire che allo stato fondamentale c non è in grado di formare un legame perché ci sono due elettroni accoppiati nell'orbitale 2s. Nello stato eccitato, C ha formato un legame con quattro atomi di H che coinvolgono i suoi orbitali uno s e tre p. Quindi, la modalità di ibridazione è sp3.
Nell'ibridazione, consideriamo solo il legame sigma, non i legami doppi o multipli.
Solubilità del CH4
Dal CH4 struttura legislativa, possiamo anche prevedere la solubilità di questa molecola. La molecola di metano non è polare, quindi è per lo più disciolta in un solvente non polare o in un solvente organico. Ma a causa del legame H, è anche solubile in solventi polari come l'acqua.
Dal calcolo del momento di dipolo, vediamo che la molecola non è polare, quindi ci si aspetta che sia solubile in benzene, un solvente organico simile all'etanolo. Ma nelle molecole di metano sono presenti quattro atomi di H e possono facilmente formare legami H con la coppia solitaria della molecola d'acqua e la molecola diventa solubile anche in acqua.
Il CH4 è ionico?
Secondo la regola di Fajan, possiamo dire che ogni molecola covalente mostra una qualche % di carattere ionico.
Nel CH4 struttura legislativa, la dimensione dell'atomo C è piccola ma anche la densità di carica è inferiore, quindi il potenziale ionico è molto basso, quindi non può polarizzare H correttamente ma la dimensione dello ione idruro è molto grande. Quindi anche una visione del potenziale ionico ha qualche carattere ionico.
Il CH4 è acido o basico?
La polarità di una molecola dipende dal valore del momento di dipolo risultante. Per CH4 struttura legislativa, è non polare a causa del momento di dipolo zero.
Nel CH4 lewis, possiamo vedere che tutti i legami CH sono uguali e hanno la stessa differenza di elettronegatività della struttura è simmetrico, quindi quattro momenti di dipolo si annullano a vicenda e il risultato netto è un momento di dipolo zero per la molecola CH4 e rende la molecola non polare.
CH4 è tetraedrico?
Sì, CH4 è una molecola tetraedrica. Da VSEPR il conteggio totale degli elettroni per la molecola di metano è 8 e questo è il motivo per cui la forma della molecola è tetraedrica.
Dal CH4 lewis struttura e ibridazione, vediamo che la molecola adotta la geometria tetraedrica. La molecola è sp3 ibridato e questo si riflette anche nella geometria della molecola tetraedrica.
Alcuni fatti dettagliati su CH4
CH4 è una molecola gassosa incolore, inodore e molto più leggera. Ogni idrocarburo alla combustione produceva anidride carbonica, quindi alla combustione del metano produceva anche anidride carbonica e vapore acqueo. Il punto di fusione e il punto di ebollizione della molecola di metano sono rispettivamente 90 K e 116 K.
La molecola viene sintetizzata in presenza di catalizzatore Ni, idrogeno gassoso e monossido di carbonio.
CO+3H2 = CH4 + H2O
Il metano viene utilizzato come carburante in diversi sistemi automobilistici e il metano raffinato viene utilizzato anche come carburante per razzi. Partecipa prontamente a molte reazioni radicaliche e forma il radicale metilico che è una specie più reattiva.
Conclusione
Dalla discussione di cui sopra di CH4 struttura legislativa, possiamo dire che questa molecola è una molecola perfettamente tetraedrica e l'angolo di legame è 109.50 e non sono presenti fattori di deviazione poiché C e H sono entrambi di piccole dimensioni. Sebbene il metano sia non polare ma solubile in acqua e lo ione metanio si comporti come un super acido.
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Ciao……Sono Biswarup Chandra Dey, ho completato il mio Master in Chimica presso l'Università Centrale del Punjab. La mia area di specializzazione è la Chimica Inorganica. La chimica non è solo leggere riga per riga e memorizzare, è un concetto da comprendere in modo semplice e qui condivido con voi il concetto di chimica che imparo perché vale la pena condividere la conoscenza.