مقایسه مشارکت الکترونی در اتن و متان

راهنمایی کوتاه: برای پاسخ به این سوال، باید نوع پیوند و هیبریداسیون اتم کربن در هر مولکول را بررسی کنیم.

گام‌به‌گام:

• ۱) ابتدا ساختار لوویس و فرمول مولکولی هر ترکیب را رسم می‌کنیم:
  متان (CH₄): اتم کربن مرکزی با چهار اتم هیدروژن پیوند دارد.
  اتن (C₂H₄): دو اتم کربن با یک پیوند دوگانه به هم متصل هستند و هر کربن با دو اتم هیدروژن پیوند دارد.
• ۲) نوع هیبریداسیون اتم کربن را در هر مولکول تعیین می‌کنیم:
  در متان، کربن از اوربیتال‌های 2s و سه اوربیتال 2p خود استفاده می‌کند و چهار اوربیتال هیبرید sp³ می‌سازد. هر اوربیتال sp³ با یک اوربیتال اتم هیدروژن همپوشانی می‌کند و یک پیوند کووالانسی ساده (سیگما، σ) تشکیل می‌دهد.
• ۳) در اتن، هر اتم کربن از یک اوربیتال 2s و دو اوربیتال 2p استفاده می‌کند و سه اوربیتال هیبرید sp² می‌سازد. دو تا از این اوربیتال‌های sp² برای تشکیل پیوندهای سیگما با هیدروژن‌ها و کربن دیگر به کار می‌روند.
• ۴) اما نکته کلیدی: در اتن، اوربیتال p خالص باقی‌مانده (که در هیبریداسیون شرکت نکرده) روی هر کربن، با اوربیتال p مشابه روی کربن دیگر به صورت جانبی همپوشانی می‌کند. این همپوشانی یک پیوند پی (π) ایجاد می‌کند که بالاتر و پایین‌تر از محور اتصال دو کربن قرار دارد.
• ۵) پیوند پی (π) یک پیوند شیمیایی است که در آن دو لوب اوربیتال p به طور گسترده با هم همپوشانی دارند. این باعث می‌شود الکترون‌های این پیوند در فضای وسیع‌تری بین دو هسته کربن پخش شوند.
• ۶) در متان، تمام چهار پیوند، پیوندهای سیگما (σ) هستند که همپوشانی آن‌ها مستقیم و در راستای خط واصل دو هسته است. گستردگی ابر الکترونی در این پیوندها کمتر از پیوند پی است.

پاسخ نهایی: در مولکول اتن مشارکت الکترونی گسترده‌تری در اتم کربن دیده می‌شود. دلیل این امر وجود پیوند دوگانه (یک پیوند سیگما + یک پیوند پی) بین اتم‌های کربن است. الکترون‌های پیوند پی (π) در اوربیتال‌های p خالص قرار دارند و همپوشانی جانبی آن‌ها باعث توزیع و مشارکت الکترونی در ناحیه وسیع‌تری در فضای اطراف اتم‌های کربن می‌شود. در متان، تمام پیوندها از نوع سیگما هستند و ابر الکترونی متمرکزتر است.

مثال مشابه: مولکول استیلن (C₂H₂) که دارای پیوند سه‌گانه است (یک سیگما + دو پی). در آن، دو پیوند پی وجود دارد که مشارکت الکترونی را حتی از اتن نیز گسترده‌تر می‌کند.

اگر می‌خواهی بیشتر یاد بگیری: می‌توانی درباره تفاوت خواص فیزیکی مانند نقطه جوش اتن و متان تحقیق کنی. وجود پیوند پی در اتن چگونه بر قطبیت و نیروهای بین مولکولی آن اثر می‌گذارد؟