Existuje čtverná chemická vazba?  
Již ze školních lavic víme, že chemická vazba vzniká jako následek sdílení elektronů mezi dvěma atomy. V případě nejjednodušší chemické vazby, tj. H-H v molekule vodíku, každý atom nabízí svůj jediný elektron. Násobnost neboli řád chemické vazby je dán počtem elektronových párů, které se vazby účastní. Pokud atom může nabídnout dva elektrony, může vzniknout dvojná vazba jako například v molekule kyslíku. Při vhodné elektronové konfiguraci může nastat i situace kdy má atom k dispozici tři valenční elektrony – vzniká trojná vazba. Typickým příkladem je molekula dusíku. Jednoduché, dvojné a trojné vazby jsou dobře známy. A co dál? Může vzniknout čtverná či dokonce paterná chemická vazba?

 

 


Problém zaplňování atomových orbitalů je klíčem k pochopení násobnosti vazby. V atomech existuje několik typů orbitalů, s, p, d a f, které mohou být zaplněny 2, 6, 10 a 14 elektrony. Neúplně zaplněný orbital vždy obsahuje alespoň jeden nespárovaný (elektron nemá svého partnera s opačným spinem) elektron. Tyto nespárované elektrony se pak mohou účastnit chemické vazby. V orbitalech s se tedy může vyskytovat maximáně jeden nespárovaný elektron, kdežto orbitaly p mohou obsahovat až tři nespárované elektrony. Jinými slovy elektrony z orbitalů s mohou tvořit pouze jednoduché vazby, při účasti orbitalů p je možné tvořit i vazby dvojné a trojné. Pokud bychom tedy měli uvažovat o vazbách s násobností větší než tři museli bychom zapojit i orbitaly d. Je sice možné namítnout, že čtyři nespárované elektrony bychom mohli dostat i v případě neúplně zaplněných orbitalů p (tři nespárované elektrony) a s (jeden nespárovaný elektron), ale tuto situaci kvantová fyzika nepřipouští. Všechny prvky, které obsahují tři nespárované elektrony v orbitalech p (dusík, fosfor, arsen, antimon a bismut) mají zcela zaplněny orbitaly s. Nejlehčím prvkem, který by mohl teoreticky vytvořit vícenásobnou vazbu je chrom. V jeho částečně zaplněném orbitalu d se nachází pět nespárovaných elektronů.

 


Teoreticky tedy mohou existovat nejen čtverné, ale dokonce i paterné a šesterné vazby, protože existují elektronové konfigurace, které by mohly tyto multiplicity umožnit. Dostatečný počet elektronů ale není vše. Tvar a orientace orbitalů hraje neméně důležitou roli, protože elektrony v orbitalech musí být sdíleny oběma atomy. Jinak vazba nemůže vzniknout. Tento „topologický“ argument byl dlouho brán jako jasná překážka pro existenci stabilní vazby s multiplicitou větší než tři. O překvapení se ale postaral v roce 1965 Albert Cotton. Ten syntetizoval sloučeninu K2(Re2 Cl8).2H2O, u které prokázal, že mezi atomy rhenia existuje čtverná vazba. Od té doby již bylo charakterizováno několik set sloučenin se čtvernou vazbou stabilních nejen při pokojové teplotě, ale i při teplotách přes 100O C. I když se tedy o čtverných vazbách ve škole neučí, není to nic mimořádně exotického. O další rozruch se ale nedávno postarala skupina Philipa Powera z Texasu, která v roce 2005 oznámila syntézu sloučeniny chromu, RCr-CrR (R je ligand 2,6,-[(2,6-diisopropyl)fenyl]fenyl), kde Cr-Cr vazba vykazuje jasné známky paterné vazby. Navíc sloučenina je stabilní až do teploty 200O C což ukazuje na značnou pevnost této vazby. Další zajímavostí této sloučeniny je, že vazby by se mělo účastnit pět elektronů z orbitalu d a jeden z orbitalu s. Formálně je tedy multiplicita vazby dokonce šest. Výpočty ale ukázaly, že díky orientaci orbitalů se některé elektrony účastní vazby jen částečně a vazba je skutečně paterná. Přítomnost ligandu je klíčová, protože „deformuje“ orbitaly atomu chromu tak, aby mohla vzniknout stabilní paterná vazba. Snad ještě větším „exotem“ je molekula U2 . Uran je nejtěžší stabilní atom a jeho nespárované elektrony se nacházejí dokonce v orbitalu f. V základním stavu má v tomto orbitalu tři nesprované elektrony, další nespárovaný elektron se nachází v orbitalu d. Měl by tedy mít možnost maximálně čtverné vazby, ale ukázalo se, že nepatrná energie stačí k vybuzení elektronu z nejvyššího zaplněného orbitalu s, který tímto poskytne další dva elektrony schopné vazby. Celkový počet vazebných elektronů je tedy stejně šest. Nedávné (2005) výpočty ukázaly, že vazba mezi atomy uranu v molekule U2  je podobně jako ve výše uvedené sloučenině chromu paterná. Na rozdíl od sloučeniny chromu ale molekula U2  existuje pouze in silico, tedy v kvantově-chemických výpočtech.

Pokud se někomu zdá i paterná vazba málo exotická, pak vězte, že existuje i vazba šesterná. V důsledku velmi komplikované struktury vazebných orbitalů jsou tyto vazby ale extrémně slabé a molekuly se šesternou vazbou byly tudíž pozorovány jen v plynné fázi za velmi nízkých teplot. Vyšší teplota či srážky s jinými molekulami v kapalné fázi vedou k zániku těchto vazeb. Šesterná vazba byla prokázána v molekule Mo2. Molybden má podobně jako chrom k dispozici šest vazebných elektronů a za velmi nízkých teplot tvoří Mo-Mo vazbu skutečně všech dvanáct elektronů. Další potenciální „šesterák“ je molekula W2, kde se pro změnu opakuje situace uranu. Wolfram má pouze čtyři nespárované elektrony v orbitalu d, další dva poskytuje rozpárování elektronů ze zaplněného orbitalu s. U šesterných vazeb cesta končí. Současné znalosti periodické tabulky říkají, že elektronové konfigurace schopné sedmerných či „více-merních“ vazeb se nevyskytují.

 

 

paterná vazba

 
Struktura sloučeniny chromu s paternou vazbou, [CrC6H3-2,6-(C6H4-2,6-(CHMe2)2)2]2

 

Datum: 24.09.2007 08:05
Tisk článku


Diskuze:

Me

Michal Douša,2018-04-22 00:05:46

Jo a ještě chci vědět, co je "Me" v tom vzorci a modelu molekuly jak chrom tvoří paternou vazbu. "Me" opravdu není značka žádného prvku. Konkrétně jsou to skupiny CHMe a já opravdu nevím co "Me" je a do periodické soustavy prvků jsem se koukal...

Odpovědět


Re: Me

Klára Špinarová,2018-05-22 08:35:56

Me - methylova skupina (-CH3).
Stejne jako Et - ethylova skupina, Pr - propylova, iPr - isopropylova, Bu - butylova, tBu - tercbutylova, Ph - fenylova, atd. Jsou to bezne uzivane zkratky skupin z organicke chemie.

Odpovědět

test

test,2008-03-17 18:16:32

   &nbspO2
   &nbsp||
O2= Os = O2
   &nbsp||
   &nbspO2

Odpovědět

vazba vs. mocnost

autor,2007-09-25 18:04:40

Rpozdil je v tom, ze vazba definuje spojeni dvou atomu. V pripade hypoteticke osmerne vazby by vsechny vazebne elektrony musely byt sdileny pouze a jen dvema atomy Os. To nemuze nastat, protoze veschny vazebne orbitaly "nemiri" stejnym smerem. Je to totez jako u uhliku - v hybridizaci sp3 ma ctyri vazebne elektrony takze muze vzniknout molekula CH4. Nikdy ale nevznikne molekula C-ctverna-C, protoze vazebne orbitaly nemiri proti sobe.

Odpovědět

nasobnost vs mocnost

Josef Skramusky,2007-09-24 23:44:38

V pripade nasobnosti jde o to kolik "carek" je mezi dvema atomy - tj. v pripade molekuly vody H-O-H tu mame dve jednoduche vazby, v pripade molekuly kysliku O=O jednu dvojitou.

Odpovědět

kysličník osmičelý

PiláT,2007-09-24 12:29:24

Zdůvodněné je to pěkně, ale já jsem asi něco nepochopil. Běžně se vyskytují (t.j. učí se o nich ve škole) osmimocné sloučeniny, např. OsO4. Potom ale nechápu v čem je to jiný případ. Děkuji za odpověď.

Odpovědět


Mocnost neni násobnost

Kvakor,2007-09-24 12:33:01

Mocnost prvku neni totéž násobnost vazby. Oxid osmičely je sice osmimocný, ale jednotlivé vazby s atomy kyslíku jsou jenom dvojité.

Odpovědět


ještě OsO4

PiláT,2007-09-24 21:51:10

Děkuji. Já jsem to tak trochu tušil. Ale pokud se na věc dívám z pohledu atomu osmia, tak nevím jaký je rozdíl mezi Os-osmivazba-Os a (následuje pokus o TextArt):
O2
||
O2= Os = O2
||
O2 (konec TextArtu)
Mám namysli párování elektronů v jednotlivých orbitalech, takže možná nevím dál.

Odpovědět


TextArt

PiláT,2007-09-24 21:54:33

Pokus o TextArt v příspěvku nevyšel, škoda. "O2-dvojná vazba" má mířit na "Os". Při vkládání příspěvku to sežere mezery na začátku řádku. Zkuste si to prosím představit posunuté

Odpovědět


nonbreakspace

xxsx,2007-10-10 19:09:39

mozna bude fungovat & n b s p ;
        hmm

Odpovědět


tak ne no

xxsx,2007-10-10 19:10:38

tak nefunguje :(
hm

Odpovědět


test

test,2008-03-17 18:15:41

&nbsp&nbsp&nbsp&nbspO2
&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp||
O2= Os = O2
&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp||
&nbsp&nbsp&nbsp&nbspO2

Odpovědět

jen překlep:

Jan Havlík,2007-09-24 11:53:37

Dovolím si jen opravit překlep: " ...s násobností větší než tři museli bychom zapojit i orbitaly a"
za "zapojit i orbitaly d". Jinak velmi zajímavý článek.

Odpovědět


Diky

redakce,2007-09-24 14:37:49

překlep opraven

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace