はじめに
カテネーションは、少なくとも 2 の原子価を持ち、互いに適度に強い結合を形成する同じ元素の原子間でのみ発生する化学結合プロセスです。炭素原子が最も多くの特性を持ち、硫黄とシリコン原子はかなりの量を持ち、ゲルマニウム、窒素、セレン、テルル原子はそれを少量持っています.
カテネーションの発生
カーボン
カテネーションは炭素原子で容易に起こり、他の炭素原子と共有結合を作成して、より長い鎖と構造を形成します。これが、自然界に非常に多くの有機化合物が存在する主な理由です。炭素はその結合特性で知られており、有機化学は主に結合炭素構造 (結合とも呼ばれます) の研究です。生化学では、炭素鎖は、酸素、生体金属、水素などのさまざまな元素をそれぞれ炭素の骨格に接続します。
要素がカテネートする能力は、主にそれ自体に対する結合エネルギーによって決まります。より間隔の広い軌道 (より高い方位角量子数を持つ軌道) が重なり合って結合を形成するにつれて、結合エネルギーは減少します。その結果、最小または最小の拡散原子価殻軌道を持つ炭素元素は、より高い原子価殻軌道を持つ重元素と比較して、より長い pp シグマ結合原子鎖を形成します。
連鎖する能力は、元素の電気陰性度、分子軌道 n、さまざまな形態の共有結合を形成する能力など、電子効果と立体効果の組み合わせによってさらに影響を受けます。炭素原子の場合、隣接する原子間のシグマ オーバーラップは十分に強く、完全に安定した鎖を形成します。
水素
水の理論の構造には、水素結合と四面体によって接続された鎖と環の 3 次元ネットワークが含まれます。有機化学では、水素結合が鎖状構造の形成を促進することはよく知られています。たとえば、4-トリシクレン C10H16O は、ヒドロキシル基間の結合水素結合を表し、らせん鎖の形成につながります。結晶性イソフタル酸 C8H6O4 は、無限鎖を形成するために水素結合によって結合された分子で構成されています。
異常な条件下では、水素分子の 1 次元配列が 1 つの壁内に閉じ込められますが、カーボン ナノチューブは 163.5 GPa という比較的低い圧力で金属になると予想されます。これは、通常の水素メタライゼーションに必要な約 400 GPa の最大 40% であり、実験的にアクセスするのが難しい圧力です。
シリコン
シリコンは、他のシリコン原子とシグマ結合を形成します (ジシランは、このクラスの化合物の親として与えられます)。ただし、n が 8 を超える SinH2n + 2 (飽和アルカン炭化水素と同様) を調製して分離することは容易ではありません。これは、シリコン原子の数が増えると熱安定性が低下するためです。
ジシランと比較して分子量が優れているシランは、分解して水素と高分子ポリシリコン水素化物になります。ただし、水素の領域内のすべてのシリコンに天然の置換基の正しいペアを使用すると、アルカンの類似体として記述される可能性のあるポリシラン (時々、不正確なものはポリシランとして知られています) をまとめることができます。これらの特に長鎖の化合物は、例えば、鎖に存在する電子のシグマ非局在化により、高い電気伝導率を持つ驚くべき電子特性を含んでいます。
シリコン シリコン パイボンディングも可能です。ただし、これらの結合は炭素類似体よりも安定性が低くなります。ジシランはエタンよりもはるかに反応性があります。アルケンやアルキンとは異なり、ジシリンとジシリンは非常にまれです。
硫黄
元素硫黄の化学は、主に鎖ベースです。自然状態では、硫黄は S8 分子として存在します。加熱すると、これらの環が開いて互いに結合し、鎖が長くなるにつれて粘度が徐々に増加することからも明らかなように、鎖が徐々に長くなります。セレンとテルルも、そのような構造モチーフの変種を示しています。
カテネーションの例
連結を示す要素の最も一般的な例を以下に示します。
- カーボン
- シリコン
- 硫黄
- ボロン
カテネーションは、共有結合を形成して他の炭素原子とのより長い構造と鎖を作成することにより、炭素で最も簡単に生成されます。このため、自然界には多くの有機化合物が含まれています。有機化学では、炭素はその結合特性で最もよく知られている元素であり、結合した炭素構造を分析します。
グループ 4 にはカテネーション プロパティがあります。
カテネーションは、カーボン グループまたはグループ 4 のすべてのメンバーが共有するプロパティです。カテネーションは、ファミリーの最初のメンバーで発生する可能性が最も高くなります。
カテネーションの傾向は次のとおりです。
Si> Ge> Sn> Pb> C> Si> Ge> Sn> Pb> C> Si> Ge
連鎖する傾向はグループで減少します。これは、グループ内の原子サイズが大きくなり、共有結合の強度が低下するために発生します。したがって、グループ内のバインドされたプロパティは削減されます。
結論
炭素は連鎖しやすい元素として知られています。共有結合を形成し、他の炭素原子とより長い鎖と構造を形成します。これが、自然界に非常に多くの有機化合物が存在する主な理由です。これは、原子がそれ自身の原子と強力な共有結合を形成する現象です。炭素は小さく、それ自体と pπ-pπ 多重結合を形成できるため、結合の特性を最もよく共有します。カテネーションには次の条件が必要です
- アイテムの価数が 2 以上です。
- 要素はそれ自体と結合できる必要があります。
- 自己愛着は、他の要素への愛着と同じくらい強くなければなりません。
- 他の分子に対するカテネート化合物の動力学的不活性
炭素は上記のすべての特性を持ち、それ自体でさまざまな化合物を形成します。
