Войти
 | Найдите catenation или catenate в Wiktionary, бесплатном словаре. |
В химии, цепочка - это связывание атомов одного и того же элемента в последовательность, называемую цепочкой. Цепь или форма кольца могут быть открытыми, если их концы не связаны друг с другом (соединение с открытой цепью ), или закрытыми, если они связаны в кольцо (циклическое соединение ). Слова to catenate и catenation отражают латинский корень catena, «цепь».
Катенация наиболее часто происходит с углеродом, который образует ковалентные связи с другими атомами углерода с образованием более длинных цепей и структур. Это причина присутствия в природе огромного количества органических соединений. Углерод наиболее известен своими свойствами сцепления, при этом органическая химия в основном занимается изучением структур сцепленного углерода (и известного как катена ). Углеродные цепи в биохимии объединяют любой из различных других элементов, таких как водород, кислород и биометаллы, на основе углерода, и белки могут объединять несколько цепей, кодируемых множеством генов (таких как легкие цепи и тяжелые цепи, составляющие антитела).
Однако углерод ни в коем случае не является единственным элементом, способным образовывать такие катены, и несколько других элементов основной группы способны образовывать обширный диапазон катен, включая водород., бор, кремний, фосфор и сера.
Способность элемента катенировать в первую очередь основана на энергия связи элемента с самим собой, которая уменьшается с увеличением количества диффузных орбиталей (с более высоким азимутальным квантовым числом ), перекрывающихся для образования связи. Следовательно, углерод с наименее диффузной валентной оболочкой p-орбиталью способен образовывать более длинные p-p сигма-связанные цепи атомов, чем более тяжелые элементы, которые связываются через орбитали оболочки с более высокой валентностью. На способность связывания также влияет ряд стерических и электронных факторов, включая электроотрицательность рассматриваемого элемента, молекулярную орбиталь n и способность образовывать различные виды ковалентных связей. Для углерода сигма-перекрытие между соседними атомами достаточно сильно, чтобы можно было сформировать идеально стабильные цепочки. Когда-то это считалось чрезвычайно трудным с другими элементами, несмотря на множество доказательств обратного.
Теории структуры воды включают трехмерные сети тетраэдров, цепей и колец, связанных посредством водородных связей.
Поликатенированная сеть, с кольцами, образованными из полусфер в виде металлической матрицы, связанных водородными связями, сообщалось в 2008 году.
В органической химии известно, что водородные связи облегчают образование цепочечных структур. C 10H16O, например, показывает катенированную водородную связь между гидроксильными группами, приводящую к образованию спиральных цепей; кристаллическая изофталевая кислота C8H6O4состоит из молекул, соединенных водородными связями, образуя бесконечные цепочки.
В необычных условиях - одномерный ряд молекул водорода, заключенных в единую стенку углерода Ожидается, что нанотрубка станет металлической при относительно низком давлении 163,5 ГПа. Это около 40% от ~ 400 ГПа, которые, как считается, требуются для металлизации обычного водорода, давление, которое трудно получить экспериментально.
Кремний может образовывать сигма-связи с другими атомами кремния (и дисилан является родительским для этого класса соединений). Однако трудно приготовить и выделить Si nH2n + 2 (аналог насыщенных алкан углеводородов ) с n больше примерно 8, поскольку их термическая стабильность уменьшается с увеличением числа атомов кремния. Силаны с более высокой молекулярной массой, чем дисилан, разлагаются на полимерный гидрид поликремния и водород. Но с подходящей парой органических заместителей вместо водорода на каждом кремнии можно получить полисиланы (иногда ошибочно называемые полисиленами), которые являются аналогами алканов. Эти длинноцепочечные соединения обладают удивительными электронными свойствами - например, высокой электропроводностью - возникающей из-за сигма делокализации электронов в цепи.
Даже кремний – кремний pi облигации возможны. Однако эти связи менее стабильны, чем углеродные аналоги. Дисилан довольно реакционноспособен по сравнению с этаном. Дисилен и дисилины встречаются довольно редко, в отличие от алкенов и алкинов. Примеры дисилинов, которые долгое время считались слишком нестабильными для выделения, были описаны в 2004 году. Были получены цепи
фосфора (с органическими заместителями), хотя эти имеют тенденцию быть довольно хрупкими. Маленькие кольца или скопления встречаются чаще.
Разнообразный химический состав элементарной серы в значительной степени обусловлен катенацией. В природном состоянии сера существует в виде молекул S 8. При нагревании эти кольца открываются и соединяются друг с другом, образуя все более длинные цепи, о чем свидетельствует постепенное увеличение вязкости по мере удлинения цепей. Селен и теллур также демонстрируют варианты этих структурных мотивов.
В последние годы сообщалось о множестве двойных и тройных связей между полуметаллическими элементами, включая кремний, германий, мышьяк, висмут и так далее. Способность некоторых элементов основной группы катенироваться в настоящее время является предметом исследования неорганических полимеров.
