Catenation

Εισαγωγή

Η κατενοποίηση είναι μια διαδικασία χημικής σύνδεσης που συμβαίνει μόνο μεταξύ ατόμων του ίδιου στοιχείου που έχουν σθένος τουλάχιστον δύο και σχηματίζουν λογικά ισχυρούς δεσμούς μεταξύ τους. Τα άτομα άνθρακα έχουν το μεγαλύτερο μέρος της ιδιότητας, ενώ τα άτομα θείου και πυριτίου έχουν σημαντική ποσότητα και τα άτομα γερμανίου, αζώτου, σεληνίου και τελλουρίου έχουν μικρή ποσότητα.

Εμφάνιση κατένωσης

Άνθρακας

Το Catenation εμφανίζεται εύκολα σε άτομα άνθρακα, δημιουργώντας ομοιοπολικούς δεσμούς με τα άλλα άτομα άνθρακα για να σχηματίσουν μεγαλύτερες αλυσίδες και δομή. Αυτός είναι ο κύριος λόγος για τον οποίο υπάρχουν τόσες πολλές οργανικές ενώσεις στη φύση. Ο άνθρακας είναι γνωστός για τις δεσμευτικές του ιδιότητες και η οργανική χημεία είναι κυρίως η μελέτη των δομών του συνδεδεμένου άνθρακα (ονομάζονται επίσης δεσμοί). Στη βιοχημεία, οι αλυσίδες άνθρακα συνδέουν καθεμία από μια ποικιλία άλλων στοιχείων, όπως το οξυγόνο, τα βιολογικά μέταλλα και το υδρογόνο, με τον σκελετό του άνθρακα.

Η ικανότητα ενός στοιχείου να καθορίζεται κυρίως από την δεσμευτική του ενέργεια προς τον εαυτό του. Η ενέργεια δέσμευσης μειώνεται καθώς τα τροχιακά με μεγαλύτερη απόσταση (τροχιακά με υψηλότερους αζιμουθιακούς κβαντικούς αριθμούς) επικαλύπτονται για να σχηματίσουν έναν δεσμό. Ως αποτέλεσμα, στοιχεία άνθρακα με τις μικρότερες ή μικρότερες τροχιές κελύφους διάχυτου σθένους σχηματίζουν μεγαλύτερες ατομικές αλυσίδες συνδεδεμένες με pp sigma σε σύγκριση με βαριά στοιχεία με τροχιακά κελύφους υψηλότερου σθένους.

Η ικανότητα αλυσίδας επηρεάζεται περαιτέρω από τους συνδυασμούς ηλεκτρονικών και στερικών επιδράσεων όπως η Ηλεκτραρνητικότητα των στοιχείων, τα μοριακά τροχιακά n και η ικανότητα σχηματισμού ομοιοπολικών δεσμών διαφόρων μορφών. Για τα άτομα άνθρακα, η επικάλυψη σίγμα μεταξύ γειτονικών ατόμων είναι αρκετά ισχυρή ώστε να σχηματίσει μια απόλυτα σταθερή αλυσίδα.

Υδρογόνο

Η δομή της θεωρίας του νερού περιλαμβάνει ένα τρισδιάστατο δίκτυο αλυσίδων και δακτυλίων που συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου και ένα τετράεδρο. Στην οργανική χημεία, είναι γνωστό ότι οι δεσμοί υδρογόνου προάγουν το σχηματισμό δομών αλυσίδας. Για παράδειγμα, το 4-τρικυκλένιο C10H16O αντιπροσωπεύει έναν συνδεδεμένο δεσμό υδρογόνου μεταξύ ομάδων υδροξυλίου, που οδηγεί στο σχηματισμό μιας ελικοειδής αλυσίδας. Το κρυσταλλικό ισοφθαλικό οξύ C8H6O4 αποτελείται από μόρια που συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου για να σχηματίσουν μια άπειρη αλυσίδα.

Κάτω από ασυνήθιστες συνθήκες, η μονοδιάστατη συστοιχία μορίων υδρογόνου περιορίζεται σε ένα μόνο τοίχωμα, αλλά οι νανοσωλήνες άνθρακα αναμένεται να γίνουν μέταλλα σε σχετικά χαμηλές πιέσεις 163,5 GPa. Αυτό είναι έως και το 40% των περίπου 400 GPa που απαιτούνται για την κανονική επιμετάλλωση υδρογόνου, μια πίεση στην οποία είναι δύσκολο να προσεγγιστεί κανείς πειραματικά.

Πυρίτιο

Το πυρίτιο σχηματίζει δεσμό σίγμα με τα άλλα άτομα πυριτίου (το δισιλάνιο δίνεται ως γονέας αυτής της κατηγορίας των ενώσεων). Ωστόσο, δεν είναι εύκολο να παρασκευαστεί και να διαχωριστεί το SinH2n + 2 (παρόμοιο με τους κορεσμένους υδρογονάνθρακες αλκανίων) με n μεγαλύτερο από 8. Αυτό συμβαίνει επειδή η θερμική σταθερότητα μειώνεται καθώς αυξάνεται ο αριθμός των ατόμων πυριτίου.

Τα σιλάνια, που είναι καλύτερα σε μοριακό βάρος σε σύγκριση με το δισιλάνιο, αποσυντίθενται σε υδρογόνο και πολυμερικό υδρίδιο πολυπυριτίου. Ωστόσο, με το σωστό ζεύγος των φυσικών υποκαταστατών σε κάθε πυρίτιο εντός της περιοχής του υδρογόνου, είναι επίσης εφικτό να συναρμολογηθούν πολυσιλάνια (κατά καιρούς, τα ανακριβή είναι γνωστά ως πολυσιλάνια) που μπορεί να περιγραφούν ως ανάλογα των αλκανίων. Αυτές οι ιδιαίτερα μακράς αλυσίδας ενώσεις περιέχουν εκπληκτικές ηλεκτρονικές ιδιότητες με υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, για παράδειγμα λόγω της μετεγκατάστασης σίγμα των ηλεκτρονίων που υπάρχουν στην αλυσίδα.

Πυρίτιο Η συγκόλληση πυριτίου pi είναι επίσης δυνατή. Ωστόσο, αυτοί οι δεσμοί είναι λιγότερο σταθεροί από τα ανάλογα άνθρακα. Το δισιλάνιο είναι πολύ πιο δραστικό από το αιθάνιο. Σε αντίθεση με τα αλκένια και τα αλκύνια, οι δισιλύνες και οι δισιλύνες είναι εξαιρετικά σπάνιες.

Θείο

Η χημεία του στοιχειακού θείου βασίζεται κυρίως στην αλυσίδα. Στη φυσική του κατάσταση, το θείο υπάρχει ως μόριο S8. Όταν θερμαίνονται, αυτοί οι δακτύλιοι ανοίγουν και συνδέονται μεταξύ τους, προκαλώντας σταδιακή επιμήκυνση της αλυσίδας, όπως αποδεικνύεται από τη σταδιακή αύξηση του ιξώδους καθώς αυξάνεται το μήκος της αλυσίδας. Το σελήνιο και το τελλούριο δείχνουν επίσης τις παραλλαγές τέτοιων δομικών μοτίβων.

Παραδείγματα καταγγελίας

Τα πιο συνηθισμένα παραδείγματα στοιχείων που υποδηλώνουν συνένωση φαίνονται παρακάτω.

• Άνθρακας
• Πυρίτιο
• Θείο
• Βόριο

Η κατενοποίηση δημιουργείται πιο εύκολα στον άνθρακα με το σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών για τη δημιουργία μακρύτερων δομών και αλυσίδων με άλλα άτομα άνθρακα. Για το λόγο αυτό, η φύση περιέχει πολλές οργανικές ενώσεις. Στην οργανική χημεία, ο άνθρακας είναι το πιο γνωστό στοιχείο για τις δεσμευτικές του ιδιότητες και αναλύει τη δομή του δεσμού άνθρακα.

Η ομάδα 4 έχει μια ιδιότητα καταγγελίας.

Το catenation είναι μια ιδιότητα που μοιράζονται όλα τα μέλη της Ομάδας Carbon ή της Ομάδας 4. Οι δεσμεύσεις είναι πιο πιθανό να συμβούν στο πρώτο μέλος της οικογένειας.

Οι τάσεις καταγγελίας είναι οι εξής:

Si> Ge> Sn> Pb> C> Si> Ge> Sn> Pb> C> Si> Ge 

Η τάση για αλυσίδα μειώνεται σε ομάδες. Αυτό συμβαίνει επειδή το ατομικό μέγεθος στην ομάδα αυξάνεται και η ισχύς του ομοιοπολικού δεσμού μειώνεται. Επομένως, οι δεσμευμένες ιδιότητες εντός της ομάδας μειώνονται.

Συμπέρασμα

Ο άνθρακας είναι γνωστό ότι είναι το στοιχείο που είναι πιο επιρρεπές στην αλυσίδα. Σχηματίζει ομοιοπολικούς δεσμούς και σχηματίζει μεγαλύτερες αλυσίδες και δομές με άλλα άτομα άνθρακα. Αυτός είναι ο κύριος λόγος για τον οποίο υπάρχουν τόσες πολλές οργανικές ενώσεις στη φύση. Αυτό είναι ένα φαινόμενο κατά το οποίο ένα άτομο σχηματίζει έναν ισχυρό ομοιοπολικό δεσμό με το δικό του άτομο. Δεδομένου ότι ο άνθρακας είναι μικρός και μπορεί να σχηματίσει πολλαπλούς δεσμούς pπ-pπ με τον εαυτό του, μοιράζεται καλύτερα τις ιδιότητες της σύνδεσης. Απαιτούνται οι ακόλουθες προϋποθέσεις για τη διασύνδεση 

• Το στοιχείο έχει σθένος 2 ή περισσότερο.
•  Το στοιχείο πρέπει να έχει τη δυνατότητα να συνδυάζεται με τον εαυτό του.
• Η αυτοπροσκόλληση πρέπει να είναι τόσο δυνατή όσο η προσκόλληση σε άλλα στοιχεία.
• Η κινητική αδράνεια της κατενωμένης ένωσης προς τα άλλα μόρια

Ο άνθρακας έχει όλες τις παραπάνω ιδιότητες και σχηματίζει μια ποικιλία ενώσεων με τον εαυτό του.