- Millistest aatomitest koosnevad süsinikuühendid?
- Mis on aatomi esinemisvorm?
- Kuidas koostada süsinikuühendite struktuurivalemeid?
Mitme lahendusega pusle
Molekulide tekkimine aatomitest meenutab pusle kokkupanekut tükkidest. Iga pusletükiga sobitub kokku ainult kindel arv õige kujuga tükke ja iga aatomiga saavad sidemed moodustada kindla arvu sobiva elektronstruktuuriga aatomeid. Täieliku pildi saamiseks peavad kõik pusletükid üksteisega kokku sobituma ning ühtegi ühenduskohta ei tohi poolikuks jääda. Molekuli saamiseks peavad üldiselt kõigi aatomite väliskihid olema elektronidega täidetud. Siiski ei saa keemia ja pusle vahele päriselt võrdusmärki panna. Näiteks on puslel alati ainult üks õige lahendus, ent samu aatomeid saab ühenditeks liita mitmel viisil.
Süsiniku, hapniku ja vesiniku aatomite esinemisvormid
Süsinikuühendeid on tohutult palju, need koosnevad peamiselt süsiniku, hapniku ja vesiniku aatomitest. Keemiliste elementide aatomid, sh süsiniku, hapniku ja vesiniku aatomid püüavad liituda ühenditeks, et saavutada stabiilset olekut ehk täielikult täidetud väliskihti (elektronoktetti). Mittemetallide aatomite (nt C, O ja H) vahel esinevad kovalentsed sidemed, mis on moodustunud väliskihi elektronide jagamise ja elektronpaaride tekkimise teel.
Süsiniku aatomi esinemisvormid
Süsiniku aatomil on väliskihis neli elektroni, mistõttu vajab süsiniku aatom elektronokteti saavutamiseks nelja elektroni lisaks. Süsiniku aatom enamasti jagab oma nelja väliskihi elektroni teiste aatomite väliskihi elektronidega, moodustades kovalentseid sidemeid. Kovalentse sideme moodustab elektronpaar, milles üks elektron pärineb süsiniku aatomilt ja teine mõnelt teiselt aatomilt. Seega on süsinikul sellistes ühendites neli kovalentset sidet.
Süsiniku aatomi neli kovalentset sidet võivad ühendites paikneda erinevalt, nii on süsinikul ühendites neli esinemisvormi:
1) neli üksiksidet,
2) kaks üksiksidet ja üks kaksikside,
3) üks üksikside ja üks kolmikside ja
4) kaks kaksiksidet.
Kõikides süsiniku aatomi esinemisvormides on sidemed paigutunud nii, et need oleksid teineteisest võimalikult kaugel. Nii on süsiniku aatomi neli üksiksidet suunatud tetraeedri tippudesse. Teistes süsiniku esinemisvormides on sidemed ühel tasapinnal.
Hapniku aatomi esinemisvormid
Hapniku aatomil on väliskihis kuus elektroni. Selleks et saada välisesse elektronkihti kaheksa elektroni, vajab hapniku aatom kahte elektroni lisaks. Seega moodustab hapnik kaks kovalentset sidet.
Hapniku aatomil on ühendites kaks esinemisvormi:
1) kaks üksiksidet ja
2) üks kaksikside.
Vesiniku aatomi esinemisvorm
Vesiniku aatomi väliskihis on üks elektron. Vesiniku aatomi väliseks elektronkihiks on esimene elektronkiht, mistõttu mahub sellele maksimaalselt kaks elektroni. Seega on vesiniku aatomil täielikult täidetud väliskihist puudu üks elektron.
Vesiniku aatom saab moodustada ühe kovalentse sideme.
Lisalugemine. Lämmastiku aatomi esinemisvormid
Mitmesugused süsinikuühendid, millega tutvud edaspidi, sisaldavad ka lämmastiku aatomit.
Lämmastiku aatomil on väliskihis viis elektroni. Selleks et saada välisesse elektronkihti kaheksa elektroni, vajab lämmastiku aatom kolme elektroni lisaks. Seega moodustab lämmastik kolm kovalentset sidet.
Lämmastiku aatomil on ühendites kolm esinemisvormi:
1) kolm üksiksidet,
2) üks üksikside ja üks kaksikside ning
3) üks kolmikside.
Struktuurivalemite koostamine
Süsiniku, hapniku ja vesiniku aatomitest koosnevate süsinikuühendite struktuurivalemite koostamiseks tuleb aatomid omavahel nagu pusletükidki kokku sobitada. See tähendab, et kõigi aatomite puhul on arvestatud vajalikku sidemete arvu ja aatomite esinemisvorme.
Süsiniku aatomil on ühendites neli esinemisvormi. Kõige lihtsam neist on nelja üksiksidemega süsinikuaatom. Selline süsiniku aatom võib olla seotud näiteks nelja vesiniku aatomiga, millest igaüks saab moodustada ühe keemilise sideme. Tulemuseks on metaani molekul, mille summaarne valem on CH4.
Nelja üksiksidemega süsinikuaatomid võivad olla seotud ka omavahel. Näiteks kui liidame omavahel kaks sellist süsiniku aatomit ja täidame vabad sidemed vesinikuga, saame etaani molekuli summaarse valemiga C2H6.
Nõnda võib kokku panna ükskõik kui pika süsinikuahela. Enamik selliseid molekule on tegelikult ka olemas.
Selles molekulis on süsiniku aatomit ja vesiniku aatomit. Igal süsiniku aatomil onning igal vesiniku aatomil.
Nelja üksiksidemega süsinikuaatomi külge võib liita ka kahe üksiksidemega hapnikuaatomi. Täidame vabad sidemed vesinikuga ning saame metanooli molekuli summaarse valemiga CH4O.
Süsiniku aatom, mis moodustab kaks üksiksidet ja ühe kaksiksideme, saab olla seotud mõne sellise aatomiga, mis samuti moodustab kaksiksideme. Kõige lihtsam variant on panna omavahel kokku kaks sellist süsiniku aatomit. Kui täidame vabad üksiksidemed vesinikuga, saame eteeni molekuli (C2H4).
Samuti võib kokku panna ühe kaksiksideme ja kahe üksiksidemega süsinikuaatomi ning ühe kaksiksidemega hapnikuaatomi. Kui täidame vabad üksiksidemed vesinikuga, saame metanaali molekuli valemiga CH2O.
- neli üksiksidet
- üks kaksikside ja üks üksikside
- kaks kaksiksidet
- üks kaksikside ja kaks üksiksidet
- kaks üksiksidet
- üks kaksiksidet
Süsiniku aatom, millel on üks üksikside ja üks kolmikside, peab olema seotud aatomiga, mis saab moodustada kolmiksideme. Kõige lihtsam on omavahel kokku panna kaks sellist süsinikuaatomit. Kui täidame vabad üksiksidemed vesinikuga, saame etüüni molekuli (C2H2).
Kui süsiniku aatom esineb vormis, kus sellel on kaks kaksiksidet, peab see olema seotud kahe sellise aatomiga, millel on samuti kaksikside. Näiteks saab selline süsiniku aatom olla seotud kahe hapnikuaatomiga. Tulemuseks on tuttav süsinikdioksiidi molekul (CO2).
Hapniku aatomite asemel võivad olla ka süsiniku aatomid, mis saavad moodustada kaksiksideme. Kui lisame vajaliku arvu vesiniku aatomeid, saame molekuli summaarse valemiga C3H4.
- neli üksiksidet
- kaks kaksiksidet
- kolm üksiksidet
- üks kaksikside ja kaks üksiksidet
- üks üksikside ja üks kaksikside
- kaks kolmiksidet
Lisalugemine. Isomeerid
Kõiki eespool käsitletud reegleid silmas pidades saab moodustada suuri ja keerulisi molekule. Tähele tuleb panna, et ühesuguste aatomite korral on võimalik moodustada ka täiesti erinevate omadustega aineid. Näiteks kahest üksiksidemetega süsinikuaatomist ja ühest üksiksidemetega hapnikuaatomist ning vajalikust arvust vesiniku aatomitest saab moodustada kaks erinevat molekuli. Need ühendid koosnevad täpselt samasugustest aatomitest (summaarne valem C2H6O), ent need on järjestatud erinevalt. Kuna molekuli ehitus määrab aine omadused, on tegemist kahe täiesti erinevate omadustega ainega.
Käsitletud etanool ja dimetüüleeter on isomeerid. Isomeerid on ühendid, mis sisaldavad ühesuguse arvu ühesuguseid aatomeid, kuid need on erinevalt paigutatud. Isomeeridel on ühesugune molekulivalem, ent erinev struktuur.
Mida rohkem on ühendis aatomeid, seda rohkem esineb ka võimalikke isomeere. Näiteks seitset süsiniku aatomit ja kuutteist vesiniku aatomit sisaldaval ühendil on kokku üheksa isomeeri; kaheksat süsiniku aatomit ja kaheksatteist vesiniku aatomit sisaldaval ühendil on isomeere juba 18. Kujutle, kui inimene suudaks joonistada ühe isomeeri sekundis, siis kuluks molekuli C40H82 kõikide isomeeride joonistamiseks ligikaudu 2 miljonit aastat.
Ma tean, et...
- Süsiniku aatom moodustab kokku neli kovalentset sidet, mis võivad ühendis esineda järgmiselt:
- 4 üksiksidet,
- 2 üksiksidet ja 1 kaksikside,
- 1 üksikside ja 1 kolmikside,
- 2 kaksiksidet.
- Hapniku aatom moodustab kokku kaks kovalentset sidet, mis võivad ühendis esineda järgmiselt:
- 2 üksiksidet,
- 1 kaksikside.
- Vesiniku aatom moodustab ühe kovalentse sideme.
Küsimused
- Mitu elektroni on täielikult täidetud väliskihist puudu süsiniku, mitu hapniku ja mitu vesiniku aatomil?
- Mitu keemilist sidet moodustab ühendites süsiniku aatom? Mitu hapniku aatom? Mitu vesiniku aatom?
- Seleta erinevate esinemisvormidega aatomite liitumise põhimõtet.
