Триплетный кислород

редактировать
Триплетное состояние молекулы дикислорода
Триплет кислорода
Triplet dioxygen.png
Имена
Систематическое название IUPAC Диоксидандиил (замещающий). диоксид кислорода (2 •) (триплет) (аддитивный)
Идентификаторы
Номер CAS
3D-модель (JSmol )
ChEBI
ChemSpider
Номер ЕС
  • 231-956-9
Справочник Гмелина 492
KEGG
MeSH Oxygen
PubChem CID
номер RTECS
  • RS2060000
UNII
номер ООН 1072
InChI
УЛЫБКА
Свойства
Химическая формула O2
Молярная масса 31,998 г · моль
Внешний видБесцветный газ
Точка плавления −218,2 ° C; -360,7 ° F; 55,0 K
Температура кипения -183,2 ° C; -297,7 ° F; 90,0 K
Структура
Форма молекулы Линейная
Дипольный момент 0 D
Термохимия
Стандартная молярная. энтропия (S 298)205.152 ДжК моль
Стандартная энтальпия образования. (ΔfH298)0 кДж моль
Фармакология
Код АТС V03AN01 (ВОЗ )
Опасности
Пиктограммы GHS GHS03: Окисляющий
Сигнальное слово GHS Опасно
Предупреждения об опасности GHS H270
Меры предосторожности GHS P220, P244, P370 + 376, P403
NFPA 704 (огненный алмаз)четырехцветный алмаз NFPA 704 0 0 1 OX
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки ink

Триплетный кислород, O 2, относится к S = 1 электронному основному состоянию молекулярного кислорода (дикислорода). Это наиболее стабильный и распространенный аллотроп из кислорода. Молекулы триплетного кислорода содержат два неспаренных электрона, что делает триплетный кислород необычным примером стабильного и обычно встретил бирадикал : it i s более стабилен как триплет , чем синглет . Согласно теории молекулярных орбиталей, электронная конфигурация триплетного кислорода имеет два электрона, занимающих две π молекулярные орбитали (МО) с одинаковой энергией (то есть вырожденные МО ). В соответствии с правилами Хунда они остаются непарными и параллельными по спину, что объясняет парамагнетизм молекулярного кислорода. Эти наполовину заполненные орбитали имеют разрыхляющие характер, снижая общий порядок связи молекулы до 2 с максимального значения 3 (например, диназот), который возникает, когда эти разрыхляющие орбитали остаются полностью незанятыми. Символ молекулярного члена для триплетного кислорода: Σ. g.

Содержание

  • 1 Спин
    • 1,1 Структура Льюиса
  • 2 Наблюдение в жидком состоянии
  • 3 Реакция
  • 4 Ссылки
  • 5 Дополнительная литература
  • 6 Внешние источники

Спин

Валентные орбитали молекулярного кислорода (в центре); в основном состоянии, электроны на π * орбиталях имеют параллельные спины.

Спины s = ⁄ 2 двух электронов на вырожденных орбиталях приводят к возникновению 2 × 2 = 4 независимых спиновых состояния в итоге. Обменное взаимодействие разделяет их на синглетное состояние (общий спин S = 0) и набор из 3 вырожденных триплетных состояний (S = 1). В соответствии с правилами Хунда, триплетные состояния энергетически более выгодны и соответствуют основному состоянию молекулы с полным электронным спином S = 1. Возбуждение в состояние S = 0 приводит к гораздо большему. реактивный, метастабильный синглетный кислород.

структура Льюиса

структура Льюиса Полинга для триплетного дикислорода.

Поскольку молекула в основном состоянии имеет ненулевой спин магнитный момент, кислород является парамагнитным ; то есть он может притягиваться к полюсам магнита. Таким образом, структура Льюиса O = O со всеми электронами в парах неточно отражает природу связи в молекулярном кислороде. Однако альтернативная структура • O – O • также неадекватна, поскольку подразумевает характер одинарной связи, в то время как экспериментально определенная длина связи, равная 121 pm, намного короче, чем одинарная связь в перекись водорода (HO – OH), имеющая длину 147,5 мкм. Это указывает на то, что триплетный кислород имеет более высокий порядок связи. Теория молекулярных орбиталей должна использоваться для правильного объяснения наблюдаемого парамагнетизма и короткой длины связи одновременно. В рамках теории молекулярных орбиталей связь кислород-кислород в триплетном дикислороде лучше описывать как одну полную σ-связь плюс две π-полусвязи, каждая из которых приходится на двухцентровую трехэлектронную связь (2c-3e) bonding, чтобы получить чистый порядок связи, равный двум (1 + 2 × 1/2), с учетом спинового состояния (S = 1). В случае триплетного дикислорода каждая связь 2c-3e состоит из двух электронов на связывающей орбитали π u и одного электрона на антисвязывающей орбитали π g, что дает чистый вклад порядка связи. 1/2.

Обычные правила построения структур Льюиса должны быть изменены с учетом таких молекул, как триплетный дикислород или оксид азота, которые содержат связи 2c-3e. По этому поводу нет единого мнения; Полинг предложил использовать три близко расположенных коллинеарных точки для представления трехэлектронной связи (см. Иллюстрацию).

Наблюдение в жидком состоянии

Обычный экспериментальный способ Наблюдать за парамагнетизмом дикислорода заключается в охлаждении его до жидкой фазы. Если налить жидкий кислород между полюсами сильных магнитов, которые расположены близко друг к другу, он может быть взвешен. Или магнит может тянуть струю жидкого кислорода, когда он льется. Теория молекулярных орбиталей дает объяснение этим наблюдениям.

Реакция

Необычная электронная конфигурация предотвращает прямую реакцию молекулярного кислорода со многими другими молекулами, которые часто находятся в синглетном состоянии. Однако триплетный кислород будет легко реагировать с молекулами в дублетном состоянии с образованием нового радикала.

Для сохранения спинового квантового числа потребуется триплетное переходное состояние в реакции триплетного кислорода с замкнутой оболочкой (молекулой в синглетном состоянии). Требуемой дополнительной энергии достаточно для предотвращения прямой реакции при температуре окружающей среды со всеми субстратами, кроме наиболее реактивных, например белый фосфор. При более высоких температурах или в присутствии подходящих катализаторов реакция протекает легче. Например, большинство легковоспламеняющихся веществ характеризуются температурой самовоспламенения , при которой они будут гореть на воздухе без внешнего пламени или искры.

Ссылки

Дополнительная литература

Внешние источники

Последняя правка сделана 2021-06-11 11:51:51
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте