Вправи: 262

262. Чим відрізняються основний та збуджений стани атомів Карбону? Як це пов’язано з можливістю утворення молекули метану та її формою?

У звичайному (основному) стані на зовнішньому енергетичному рівні атома Карбону міститься чотири електрони: одна пара на

s-орбіталі та два неспарені електрони на р-орбіталях. У такому стані

атом Карбону може утворити тільки два ковалентні зв’язки. Але для утворення чотирьох зв’язків на зовнішньому рівні має бути чотири неспарені електрони. Для цього атом Карбону поглинає невелику

кількість енергії і переходить у збуджений стан, в якому один електрон із s-орбіталі переходить на вільну р-орбіталь:

Але навіть за умови такого переходу одного електрона одна s-орбіталь і три р-орбіталі зовнішнього рівня не можуть утворити чотири зв'язки, оскільки s-орбіталь просторово недоступна для перекривання з орбіталями інших атомів.

Саме тому, коли атом Карбону переходить у збуджений стан, усі чотири орбіталі зовнішнього енергетичного рівня набувають однакової енергії, а, отже, і форми (несиметричної об’ ємної вісімки)

і орієнтуються вже по-іншому: вони спрямовані до віршик правильної

трикутної піраміди (тетраедра). За такої форми та спрямованості всі орбіталі в збудженому стані атома Карбону без обмежень можуть перекриватися з орбіталями інших атомів. Саме у такому стану атом Карбону сполучається з чотирма атомами Гідрогену, утворюючи молекулу метану. Під час утворення хімічних зв’язків між атомами Карбону й Гідрогену ці зв’язки також спрямовуються до вершин трикутної піраміди під кутом 109,5$°$ тому молекули метану мають форму тетраедра.