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9.1 : 알킨의 구조와 물리적 성질

소개:

자연에서 탄소와 수소를 모두 포함하는 화합물을 "탄화수소"라고 합니다. 지방족 탄화수소는 분자에 포화 단일 결합(즉, 알칸)이나 불포화 이중 또는 삼중 결합이 포함된 화합물입니다. 알켄은 탄소-탄소 이중 결합을 포함하며 구조식은 C_nH_2n입니다. 탄소-탄소 삼중 결합을 포함하는 불포화 탄화수소를 "알킨"이라고 하며 구조적으로 C_nH_2n-2로 표시됩니다.

가장 단순한 알킨은 무색 가스인 에틴 또는 아세틸렌으로, 고온에서 연소되며 용접 연료로 사용됩니다. 알킨은 천연 및 합성 기원의 다양한 물질에서 발견됩니다. 예를 들어, 천연 알킨은 남미 청개구리에서 얻은 독에서 발견될 수 있습니다. 반면, 합성 알킨 함유 화합물은 에티닐에스트라디올과 같은 경구 피임약과 같은 약물에서 중요한 역할을 합니다. 셀레길린과 같은 다른 알킨 기반 약물은 파킨슨병 치료를 위해 합성 도파민 또는 L-도파와 함께 사용됩니다.

알킨의 혼성화:

알킨의 삼중 결합은 탄소-탄소(C-C) 결합의 sp 궤도가 시그마(σ) 결합을 형성하는 중첩과 두 개의 파이(π) 결합을 형성하는 2p_y 및 2p_z 궤도의 측면 중첩으로 인해 발생합니다. 각기. 탄소 sp 궤도가 수소 원자의 1s 궤도와 겹치면 알킨의 탄소-수소(C-H) sp-1s 시그마 결합이 생성됩니다. 알킨은 50%의 s 특성을 가진 sp 혼성화를 보여줍니다. s 궤도의 전자는 p 궤도보다 낮은 에너지를 나타내기 때문에 원자의 특성이 증가하면 전기 음성도도 증가합니다.

분자 기하학: 결합 길이, 결합 각도 및 결합 강도

궤도의 측면 중첩과 관련된 sp 혼성화로 인해 알킨은 결합각이 180°인 선형 기하학적 구조를 갖습니다. 아세틸렌에서 C-C 삼중 결합의 길이는 두 탄소를 함께 묶는 결합의 수가 증가하여 알켄(134 pm 또는 1.34 Å)과 알칸(153 pm 또는 1.53 Å)보다 짧은 121 pm 또는 1.21 Å로 측정됩니다.

알킨의 C-H 결합(아세틸렌의 경우 1.06Å)은 수소와 sp-1s σ 결합을 형성하는 sp 혼성화 탄소 궤도의 증가된 s-특성으로 인해 알켄 및 알칸의 C-H 결합보다 짧습니다. 낮은 에너지를 갖는 것 외에도 s-오비탈의 전자는 원자핵에 더 가깝고 p 오비탈의 전자보다 더 단단히 결합되어 있습니다. 결과적으로 S-문자가 클수록 결합 강도가 높아집니다. 따라서 알킨의 C-C 삼중 결합과 C-H 결합은 알켄과 알칸의 결합보다 짧고 강합니다. 이는 주로 s 특성이 증가하기 때문입니다. 알킨의 결합 해리 에너지는 966 kJ 또는 231 kcal/mol이며, 이는 더 짧고 강한 결합이 존재하기 때문에 알칸 및 알켄의 에너지보다 높습니다.

알킨의 물리적 특성:

알킨은 모 알칸 또는 알켄과 유사한 물리적 특성을 나타냅니다. 이들은 물보다 밀도가 낮은 비극성 화합물이며 물과 극성 용매에 용해되지 않습니다. 그러나 비극성 유기용매에는 좋은 용해도를 보입니다. 에틴 및 프로핀과 같은 저분자량 알킨은 실온에서 기체로 존재하는 반면, 1-옥틴 및 1-데신과 같은 고분자량 알킨은 액체입니다.

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