الكربون ثنائي الذرة

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

الكربون ثنائي الذرة (يُسمى نظاميًا ثنائي الكربون و 1 λ₂ ,2λ₂- إيثين ) هو مركب كيميائي غير عضوي غازي أخضر اللون، صيغته الكيميائية C=C (ويُكتب أيضًا [C₂ ] أو C₂ ) . وهو غير مستقر حركيًا عند درجة الحرارة والضغط المحيطين، ويُزال من خلال البلمرة الذاتية . يوجد في بخار الكربون، على سبيل المثال في الأقواس الكهربائية ؛ وفي المذنبات ، والأغلفة الجوية النجمية ، والوسط بين النجوم ؛ وفي لهب الهيدروكربونات الأزرق . [ 1 ] يُعد الكربون ثنائي الذرة ثاني أبسط أشكال الكربون (بعد الكربون الذري )، وهو عنصر وسيط في تكوين الفوليرين .

ملكيات

يُعدّ C2 أحد مكونات بخار الكربون. وتشير إحدى الدراسات إلى أن بخار الكربون يتكون من حوالي 28% من الجزيئات ثنائية الذرة، [ 2 ] ولكن نظرياً يعتمد ذلك على درجة الحرارة والضغط.

الخصائص الكهرومغناطيسية

تتوزع الإلكترونات في جزيء الكربون ثنائي الذرة بين المدارات الجزيئية وفقًا لمبدأ أوفباو، مُنتجةً حالات كمومية فريدة، ذات مستويات طاقة مُقابلة. الحالة ذات أدنى مستوى طاقة، أو الحالة الأرضية، هي حالة مفردة ( 1 Σ + g )، وتُسمى عادةً إيثين-1،2-دييليدين أو ثنائي الكربون (0•). توجد عدة حالات مُثارة مفردة وثلاثية قريبة نسبيًا في الطاقة من الحالة الأرضية، تُشكل نسبًا كبيرة من عينة ثنائي الكربون في الظروف المحيطة. عندما تخضع معظم هذه الحالات المُثارة للاسترخاء الكيميائي الضوئي، فإنها تُصدر إشعاعًا في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي. مع ذلك، تُصدر حالة واحدة على وجه الخصوص إشعاعًا في المنطقة الخضراء. هذه الحالة هي حالة ثلاثية ( 3 Π g )، وتُسمى عادةً إيثين-μ،μ-دييل-μ-يليدين أو ثنائي الكربون (2•). بالإضافة إلى ذلك، توجد حالة مثارة ذات طاقة أعلى قليلاً من الحالة الأرضية، والتي لا تشكل سوى نسبة كبيرة من عينة ثنائي الكربون عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية المتوسطة. عند الاسترخاء، تتألق هذه الحالة المثارة في المنطقة البنفسجية وتتفسفر في المنطقة الزرقاء. هذه الحالة هي أيضًا حالة مفردة ( 1Πg ) ، وتُسمى أيضًا إيثين-μ،μ-دييل-μ-يليدين أو ثنائي الكربون (2•) .

ولايةإنثالبي الإثارة (كيلوجول  مول −1 )مرحلة الاسترخاء الانتقاليةطول موجة الاسترخاءمنطقة الاسترخاء الكهرومغناطيسي
X 1 Σ + g0–––
3 باي​u8.53 باي​u →X1Σ + g14.0 ميكرومترالأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي الطويل
ب 3 Σ − g77.0b 3 Σ − g → a 3 Πu1.7 ميكرومترالأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي القصير
A 1 Πu100.4A 1 Πu →X1Σ + g A1Πu →b3Σ − g1.2 ميكرومتر 5.1 ميكرومترالأشعة تحت الحمراء القريبة الأشعة تحت الحمراء متوسطة الطول الموجي
B 1 Σ + g؟B 1 Σ + g → A 1 Πu B1Σ + g →a3Πu؟ ؟؟ ؟
ج 3 Σ + u159.3ج 3 Σ + u → ب 3 Σ − ز ج 3 Σ + u → X 1 Σ + g ج 3 Σ + u → ب 1 Σ + g1.5 ميكرومتر 751.0  نانومتر ؟الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي القصير، الأشعة تحت الحمراء القريبة ؟
د 3 بايز239.5د 3 بايg →a3Πu d3Πg →c3Σ + u d3Πg →A1Πu518.0  نانومتر 1.5 ميكرومتر 860.0  نانومترالأشعة تحت الحمراء الخضراء ذات الطول الموجي القصير والأشعة تحت الحمراء القريبة
C 1 Πز409.9C 1 Πg →A1Πu C1Πg →a3Πu C1Πg →c3Σ + u386.6  نانومتر 298.0  نانومتر 477.4  نانومتربنفسجي متوسط ​​فوق بنفسجي أزرق

تُظهر نظرية المدارات الجزيئية وجود مجموعتين من الإلكترونات المزدوجة في مجموعة مدارات رابطة باي متساوية الطاقة. وهذا يُعطي رتبة رابطة تساوي 2، مما يعني وجود رابطة ثنائية بين ذرتي الكربون في جزيء C₂ . [ 3 ] اقترح تحليلٌ آخر وجود رابطة رباعية ، [ 4 ] وهو تفسيرٌ محلّ جدل. [ 5 ] تُشير حسابات CASSCF إلى أن الرابطة الرباعية ، استنادًا إلى نظرية المدارات الجزيئية ، معقولةٌ أيضًا. [ 3 ] تُظهر طاقات تفكك الرابطة (BDE) لجزيئات B₂ و C₂ و N₂ تزايدًا في طاقة تفكك الرابطة، مما يُشير إلى وجود روابط أحادية وثنائية وثلاثية على التوالي.

في بعض أشكال الكربون البلوري، مثل الماس والجرافيت ، تظهر نقطة سرجية أو "حدبة" عند موقع الرابطة في كثافة الشحنة. وتتبع الحالة الثلاثية لـ C₂ هذا النمط. مع ذلك، تتصرف الحالة المفردة لـ C₂ بشكل أقرب إلى السيليكون أو الجرمانيوم ؛ أي أن كثافة الشحنة تصل إلى أقصى قيمة لها عند موقع الرابطة. [ 6 ]

ردود الفعل

يتفاعل الكربون ثنائي الذرة مع الأسيتون والأسيتالدهيد لإنتاج الأسيتيلين عبر مسارين مختلفين. [ 2 ]

  • تتفاعل جزيئات C2 الثلاثية عبر مسار بين جزيئي، والذي يُظهر خصائص ثنائية الجذور. الوسيط في هذا المسار هو جذر الإيثيلين. يرتبط انتزاعه بطاقات الروابط. [ 2 ]
  • تتفاعل جزيئات الكربون الأحادي C₂ عبر مسار جزيئي داخلي غير جذري، حيث تُنتزع ذرتا هيدروجين من جزيء واحد. الوسيط في هذا المسار هو فينيليدين أحادي . يمكن أن يحدث التفاعل الأحادي من خلال انتزاع ثنائي 1،1 أو انتزاع ثنائي 1،2. هذا التفاعل غير حساس لاستبدال النظائر. يُعزى اختلاف عمليات الانتزاع على الأرجح إلى التوجهات الفراغية للتصادمات وليس إلى طاقات الروابط. [ 2 ]
  • يتفاعل جزيء الكربون الأحادي C2 أيضًا مع الألكينات . يُعد الأسيتيلين ناتجًا رئيسيًا؛ ومع ذلك، يبدو أن C2 سيندمج في روابط الكربون-الهيدروجين.
  • من المرجح أن يدخل C 2 في مجموعة الميثيل بمقدار 2.5 مرة أكثر من دخوله في مجموعات الميثيلين . [ 7 ]
  • توجد إمكانية مثيرة للجدل لتخليق كيميائي في درجة حرارة الغرفة عبر ألكينيل-λ 3 -يودان. [ 8 ] [ 9 ]

المذنبات

C/2014 Q2 (Lovejoy) يتوهج باللون الأخضر بسبب الكربون ثنائي الذرات.
C/2022 E3 (ZTF) يبدو أخضر اللون أيضاً.

ينشأ ضوء المذنبات الغنية بالغاز بشكل رئيسي من انبعاث الكربون ثنائي الذرة. ومن الأمثلة على ذلك المذنب C/2014 Q2 (لافجوي) ، حيث تظهر عدة خطوط من ضوء C2، معظمها في الطيف المرئي ، [ 10 ] مُشكلةً ما يُعرف بأشرطة سوان . [ 11 ] كما يُظهر المذنب C/2022 E3 (ZTF) ، الذي سيُرى في أوائل عام 2023، لونًا أخضرًا نتيجةً لوجود الكربون ثنائي الذرة. [ 12 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ هوفمان، روالد (1995). "هوامش: الكربون 2 بجميع أشكاله" (ملف PDF) . مجلة ساينتست الأمريكية . 83 (4): 309-311 . رمز Bibcode : 1995AmSci..83..309H . JSTOR 29775475. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 21 مارس 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يوليو 2017 . 
  2. سكيل ، فيليب س .؛ بلونكا، جيمس هـ. (1970). "كيمياء جزيئات C2 المفردة والثلاثية . آلية تكوين الأسيتيلين من التفاعل مع الأسيتون والأسيتالدهيد". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 92 ( 19): 5620-5624 . Bibcode : 1970JAChS..92.5620S . doi : 10.1021 / ja00722a014 .
  3. 1 2 تشونغ، رونغلين؛ تشانغ، مين؛ شو، هونغليانغ؛ سو، تشونغمين (2016). "التناغم الكامن في ثنائي الكربون بين نظريتي VB وMO من خلال التهجين المتعامد لـ 3σ g و 2σ u " . العلوم الكيميائية . 7 (2): 1028-1032 . doi : 10.1039/c5sc03437j . PMC 5954846. PMID 29896370 .  
  4. ↑ شيك، ساسون؛ دانوفيتش، ديفيد؛ وو، وي؛ سو، بيفنغ؛ رزيبا، هنري س .؛ هيبرتي، فيليب س. (2012). "الرابطة الرباعية في C2 وأنواع مماثلة ذات ثمانية إلكترونات تكافؤ". Nature Chemistry . 4 (3): 195–200 . Bibcode : 2012NatCh...4..195S . doi : 10.1038/nchem.1263 . PMID 22354433 . 
  5. ↑ غروننبرغ، يورغ (2012). "الكيمياء الكمية: الكربون المرتبط رباعيًا". مجلة نيتشر للكيمياء . 4 (3): 154-155 . Bibcode : 2012NatCh...4..154G . doi : 10.1038/nchem.1274 . PMID 22354425 . 
  6. ↑ تشيليكوفسكي، جيمس ر .؛ ترولييه، ن.؛ وو، ك.؛ سعد، ي. (1994). "طريقة الجهد الزائف للفروق المحدودة من الرتبة العليا: تطبيق على الجزيئات ثنائية الذرة". مجلة Physical Review B. 50 ( 16): 11356–11364 . Bibcode : 1994PhRvB..5011355C . doi : 10.1103/PhysRevB.50.11355 . PMID 9975266 . 
  7. ↑ سكيل، ب.س .؛ فاجون، ف.أ.؛ كلابوند، ك.ج. (1972). "تفاعل الكربون ثنائي الذرة مع الألكانات والإيثرات/ اصطياد الكاربينات الألكيلية بواسطة الفينيليدين". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 94 (22): 7862-7866 . Bibcode : 1972JAChS..94.7862S . doi : 10.1021/ja00777a032 .
  8. ^ مياموتو ، كازونوري. ناريتا، شوداي؛ ماسوموتو، يوي؛ حشيشين، تاكاهيرو؛ أوساوا، تايسي؛ كيمورا، موتسومي؛ أوتشياي، ماساهيتو؛ أوشياما ، ماسانوبو (2020-05-01). "التخليق الكيميائي لمركب C 2 في درجة حرارة الغرفة" . اتصالات الطبيعة . 11 (1): 2134. بيب كود : 2020NatCo..11.2134M . دوى : 10.1038/s41467-020-16025-x . ISSN 2041-1723 . بمك 7195449 . بميد 32358541 .   
  9. ↑ رزيبا، هنري س. (23 فبراير 2021). "تقييم ديناميكي حراري للتخليق الكيميائي المُبلغ عنه لمركب C2 عند درجة حرارة الغرفة" . مجلة نيتشر كوميونيكيشنز . 12 (1) 1241. Bibcode : 2021NatCo..12.1241R . doi : 10.1038/s41467-021-21433-8 . ISSN 2041-1723 . PMC 7902603. PMID 33623013 .   
  10. ↑ فينكاتاراماني، كومار؛ غيتيا، ساتيش؛ غانيش، شاشيكيران؛ وآخرون (2016). "التحليل الطيفي البصري للمذنب C/2014 Q2 (لافجوي) من مرصد جبل أبو للأشعة تحت الحمراء" . الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية . 463 (2): 2137-2144 . arXiv : 1607.06682 . Bibcode : 2016MNRAS.463.2137V . doi : 10.1093/mnras/stw1820 .
  11. ↑ ميكوز، هيرمان؛ دينتينجانا، بويان (1994). "القياس الضوئي للمذنبات باستخدام كاميرا CCD" . المجلة الدولية للمذنبات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 أكتوبر 2006 .
  12. ↑ جورجيو، أريستوس (10 يناير 2023). "ما الذي يجعل المذنب الأخضر أخضر؟" . نيوزويك . مؤرشف من الأصل في 25 يناير 2023. تم الاطلاع عليه في 25 يناير 2023 .