- Mitu sidet saavad moodustada süsiniku aatomid?
- Millise kujuga on lihtsamad süsinikuühendid?
- Mitu sidet saab anda hapniku aatom?
Molekuli kokku panemine kui mäng
Molekulimudelite koostamise reeglid sarnanevad doominomängu reeglitele. Teades aatomite esinemisvorme, võime hakata aatomitest molekulide mudeleid kokku panema. Kokku tohib panna ainult ühesuguseid sidemeid: üksikside üksiksidemega, kaksikside kaksiksidemega ja kolmikside kolmiksidemega. Sellistest „tükkidest” molekulide mudelite koostamisel ei tohi ühtki sidet vabaks („tühjaks”) jääda; iga sideme mõlemas otsas peab olema sobivas esinemisvormis aatom. Nii saame kokku panna süsiniku, aga ka teiste elementide ühendite molekule.
Süsiniku aatomi esinemisvormid
Süsiniku aatomid moodustavad pikki ja mitmesuguse kujuga ahelaid. Sealjuures püüavad süsiniku aatomi keemilised sidemed ruumis paigutuda üksteisest võimalikult kaugele.
Süsiniku aatom võib molekulis esineda neljas vormis:
- 4 üksiksidet,
- 2 üksiksidet ja 1 kaksikside,
- 1 üksikside ja 1 kolmikside,
- 2 kaksiksidet.
Süsinikul 4 üksiksidet
Seda esinemisvormi nägime juba kõige lihtsama süsivesiniku metaani CH4 puhul, mille molekul on tetraeedriline. Samasugune esinemisvorm on süsiniku aatomitel mitmesugustes teistes süsivesinike (alkaanide vt ptk 5.3) molekulides, mis sisaldavad ainult C—C- ja C—H-sidemeid ja koosnevad tippude kaudu seotud tetraeedritest. Sidemetevaheline nurk on ligikaudu 109º.
Nelja üksiksidemega süsinik meenutab kujult ..
- tetraeedrit, sest kui ühendada sidemete tipud, moodustub tetraeeder.
- kolmnurka, sest ühelt poolt vaadates on näha korraga kolme sidet.
- ruutu, sest moodustub neli sidet.
Süsinikul 2 üksiksidet ja 1 kaksikside
Kaksikside koosneb kahest ühisest elektronipaarist ja see võtab süsiniku aatomi ümber peaaegu sama vähe ruumi kui üksikside. Seetõttu on sidemete suundi siin tegelikult kolm: kaks üksiksidet on kahes eri suunas, kaksikside on kolmandas suunas. Kolm sidet paiknevad ruumis üksteisest kõige kaugemal, kui nad asuvad tasapinnal ja nendevahelised nurgad on 120º.
Kui süsinikul on üks kaksikside ja kaks üksiksidet, siis on sidemetevahelise nurga suurus ..
- 109°
- 120°
- 180°
Mõtlemist
Miks ei saa eteeni molekuli ühte osa (=CH2) pöörata teise suhtes?
Süsinikul 1 üksikside ja 1 kolmikside
Kolmikside koosneb kolmest elektronipaarist. Kolmik- ja üksikside paiknevad ühel sirgel, nendevaheline nurk on 180º, sest nii on nad ruumis üksteisest kõige kaugemal.
Kolmikside ja üksikside paiknevad samal sirgel, seega on nendevaheline nurk ..
- 90°
- 120°
- 180°
Süsinikul 2 kaksiksidet
Kaks kaksiksidet on suunatud teine teisele poole ja nendevaheline nurk on 180º. Kui süsiniku aatomil on kaks kaksiksidet, peab ta olema seotud kahe sellise aatomiga, millel on samuti kaksikside. Seetõttu sisaldab lihtsaim süsinikest ja vesinikest koosnev ühend, mis sisaldab kahe kaksiksidemega süsinikku, kolme süsinikku.
Hapniku aatomi esinemisvormid
Süsinikuühendid võivad sisaldada lisaks C ja H aatomitele ka O aatomeid. Hapniku aatom võib moodustada kaks sidet väliskihi kahe elektroni abil. Neli elektroni (2 elektronipaari) jääb üle.
Hapniku aatomid võivad molekulis esineda kahes vormis:
- 2 üksiksidet,
- 1 kaksikside.
Mõne süsinikuühendi struktuure
Üks kaksiksidemega süsiniku aatom moodustab vastava hapniku aatomiga sellise tasapinnalise molekuli:
Paneme kokku ühe 2 üksiksideme ja 1 kaksiksidemega süsiniku aatomi, kaks 2 üksiksidemega hapniku aatomit ja ühe 1 kaksiksidemega hapniku aatomi. Vabad sidemed täidame jällegi vesiniku aatomitega. Saame süsihappe molekuli.
Molekul on ilmselt tasapinnaline. Kui asendame selles molekulis ühe üksiksidemega hapniku aatomi vastava süsiniku aatomiga ja lisame süsiniku külge vajaliku hulga vesiniku aatomeid, saame uue molekuli, mis ei ole enam tasapinnaline. See on etaanhape ehk äädikhape (vt ptk 5.7).
Kahest üksiksidemega süsiniku aatomist ja ühest üksiksidemetega hapniku aatomist saab vesiniku aatomeid abiks võttes koostada kaks erinevat molekuli.
Need ühendid erinevad ainult aatomite omavahelise järjestuse poolest, kuid nende keemilised omadused on sootuks erinevad: esimene neist on alkohol, teine aga eeter.
Süsinikuühendite paljusus
Süsinikuühendeid on väga palju. Põhjused on järgmised.
1. Oksüdatsiooniastmete paljusus
Süsinik asub elementide perioodilisustabelis oma perioodi keskel. Tal võib olla nii positiivseid kui ka negatiivseid oksüdatsiooniastmeid. Ka oksüdatsiooniaste 0 on talle iseloomulik (teemant, grafiit).
2. Süsiniku esinemisvormide rohkus
Süsiniku aatomid võivad ühendites olla mitmesugustes esinemisvormides, mis erinevad sidemete arvu ja kordsuse (üksikside, kaksikside, kolmikside) poolest. Kuna süsiniku aatomil võib olla kuni neli sidet (erinevalt paljude teiste elementide aatomitest), annab see võimaluse arvukateks kombinatsioonideks.
3. Ühendid ka teiste elementide aatomitega
Süsiniku aatomid võivad kõigis nendes esinemisvormides ühineda teiste elementide aatomitega. Paljudel juhtudel võivad tekkida väga pikad ja mitmesuguse kujuga ahelad, mis sisaldavad peale süsiniku aatomite veel näiteks lämmastiku aatomeid (valgud) või hapniku aatomeid (tärklis, tselluloos).
Süsinikuühendite paljususe põhjuseks on see, et ...
- süsinik esineb looduses mitme allotroopse teisendina.
- süsiniku aatomid võivad moodustada mitmesuguse pikkuse ja kujuga ahelaid.
- paljud süsinikuühendid põlevad hästi.
- süsinik on sagedamini redutseerija kui oksüdeerija.
- süsinik võib moodustada nii üksik-, kaksik- kui ka kolmiksidemeid.
Lämmastiku aatomi esinemisvormid
Lämmastiku aatom võib moodustada kolm sidet väliskihi kolme elektroni abil; kaks elektroni (üks elektronipaar) jääb üle.
Lämmastiku aatomid võivad molekulis esineda kolmes vormis:
- 3 üksiksidet,
- 1 üksikside ja 1 kaksikside,
- 1 kolmikside.
Räniühendid
Kui mõne elemendi aatomid võivad üksteisega ühinedes moodustada pikki ahelaid või muid ruumilisi struktuure, võib kindel olla, et vastavate ühendite arv peab olema väga suur. Mineraalide liike on väga palju sellepärast, et räni, mis on nende koostises sageli üks peamisi elemente, moodustab pikki ahelaid. Erinevalt süsinikahelatest koosnevad need aga vaheldumisi paiknevatest räni ja hapniku aatomitest.
Mõne räni aatomi asemel võivad olla ka metallide (Al, Fe) aatomid. Suure osa maakoorest moodustavadki sellistest räniühenditest koosnevad graniidid ehk raudkivid, liivakivid, savid jt tuntud kivimid ja mineraalid.
Ma tean, et
- Süsiniku (tähisega C) aatomitel võib ühendites olla
- 4 üksiksidet,
- 2 üksiksidet ja 1 kaksikside,
- 1 üksikside ja 1 kolmikside,
- 2 kaksiksidet.
- Süsiniku aatomid võivad olla seotud ...
- omavahel,
- H aatomitega,
- N aatomitega,
- O aatomitega jne.
- Süsiniku ühendite hulk on väga suur, sest ...
- mitmeti saab kombineerida C ja teiste elementide aatomite erinevaid esinemisvorme;
- süsinik saab moodustada ahelaid erineva pikkusega, kujuga, aatomite järjestusega, koostisega.
Küsimused
- Kirjuta kõigi joonistel kujutatud ühendite summaarsed valemid. Millised neist on sulle tuttavad?
- Mitu erinevat esinemisvormi võib olla süsiniku aatomil?
- Kas süsiniku aatom võib moodustada 2 kolmiksidet?
- Kas süsiniku aatom võib moodustada 2 üksiksidet ja 2 kaksiksidet?
- Milline oluline erinevus on süsiniku- ja räniühendite pikkadel ahelatel?
