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O nome comum de CH4 é metano. É o hidrocarboneto mais simples da molécula orgânica e é um hidreto de C. Na estrutura de CH4 lewis, a molécula tem forma tetraédrica e tem um ângulo de ligação de perfeitamente 109.50. A molécula sofre é sp3 hibridização. Um átomo de H está abaixo do plano molecular e o outro está acima do plano molecular.
CH4 é usado para sintetizar hidrocarbonetos de ordem superior em reações orgânicas. É um alcano simples porque todas as ligações CH são simples.
Como desenhar a estrutura CH4 Lewis?
Desenhar a estrutura de Lewis para o metano (CH4) é bastante simples, mas vamos percorrer o processo passo a passo. O metano é uma molécula simples, consistindo de um átomo de carbono ligado a quatro átomos de hidrogênio. Veja como você pode desenhar sua estrutura de Lewis:
Conte o número total de elétrons de valência: No metano, o átomo de carbono central possui 4 elétrons de valência e cada átomo de hidrogênio possui 1 elétron de valência. Como existem 4 átomos de hidrogênio, são 4 elétrons de valência do hidrogênio, mais os 4 do carbono, dando-nos um total de 8 elétrons de valência para trabalhar.
Determine o átomo central: O carbono é menos eletronegativo que o hidrogênio e pode formar mais ligações, então o carbono será o átomo central da estrutura.
Esboce um esqueleto da molécula: Coloque o carbono no centro e organize os quatro átomos de hidrogênio ao seu redor. É como imaginar um sinal de mais, com carbono na interseção e átomos de hidrogênio nas extremidades de cada linha.
Distribua os elétrons de valência: Começando pelos átomos externos, coloque elétrons ao redor deles para representar as ligações entre os átomos de carbono e hidrogênio. Cada ligação entre carbono e hidrogênio usará 2 dos 8 elétrons de valência. Como temos 4 ligações CH no metano, todos os 8 elétrons são usados na formação dessas ligações.
Verifique a regra do octeto: Cada átomo do metano segue as regras pelas quais eles adoram viver. O carbono obtém seu octeto completo porque compartilha 4 elétrons com o hidrogênio (um de cada ligação), e cada hidrogênio fica feliz com 2 elétrons (uma camada externa completa para o hidrogênio).
Adicione pares solitários, se necessário: No caso do metano, não existem pares solitários porque usamos todos os elétrons de valência na formação de ligações, e cada átomo tem sua camada externa completa necessária.
Portanto, a estrutura final de Lewis CH4 é:
É isso! Você tem a estrutura de Lewis para o metano. Visualmente, você veria o carbono no centro com linhas simples (representando ligações simples) estendendo-se até os hidrogênios nos quatro pontos cardeais. A estrutura do metano é um exemplo perfeito de geometria molecular tetraédrica, mas isso é um pouco mais profundo nas formas moleculares.
Forma da estrutura CH4 Lewis
De acordo com a teoria VSEPR (Valence Shell Electrons Pair Repulsion), se a contagem de elétrons de qualquer molécula for 8, então a molécula adota a geometria tetraédrica. A contribuição de elétrons para C é 4 e quatro átomos de H contribuem com 1 elétron cada, então a contagem total de elétrons será 8. Então, o CH4 estrutura de lewis é tetraédrico.
No CH4 estrutura de lewis, toda a densidade eletrônica fica apenas sobre os átomos centrais de C. O C é cercado por quatro átomos de H na porção tetraédrica. A forma da molécula é ideal e nenhum desvio na forma e na geometria porque não há nenhum par solitário presente e nenhum fator de desestabilização também está presente.
Elétrons de valência CH4
Os elétrons presentes na camada de valência ou camada mais externa de um átomo são conhecidos como elétrons de valência. Para C o número de elétrons de valência é 4 e para H o número de elétrons de valência é 1.
Na estrutura CH4 Lewis, o átomo C é um grupo 14th elemento, com configuração eletrônica [He] 2s22p2 assim, ele tem quatro elétrons em seu orbital mais externo e todos os elétrons estão envolvidos na formação da ligação sigma com quatro átomos de H. Para o átomo de H, todos sabemos que apenas um elétron está presente e esse é o elétron de valência e está envolvido na formação da ligação com o C.
Então, no CH4 estrutura de lewis, o número total de elétrons de valência é 4+(4*1) = 8 elétrons e mostra-se que o número octeto é totalmente satisfeito por esta molécula.
Carga formal da estrutura CH4 Lewis
A contabilização da mesma eletronegatividade para todos os átomos em uma determinada molécula calcula a carga específica sobre a molécula ou átomos individuais é chamada de carga formal. A carga formal é um conceito hipotético, por este conceito, podemos prever se a molécula está carregada ou não.
A fórmula que podemos usar para calcular a carga formal, FC = Nv - Nlp -1/2Nbp
Onde Nv é o número de elétrons na camada de valência ou orbital mais externo, Nlp é o número de elétrons no par solitário, e Npb é o número total de elétrons que estão envolvidos apenas na formação da ligação.
No CH4 estrutura de lewis, C e H são substituintes diferentes, então calculamos a carga formal de C e H individualmente.
A carga formal sobre C é, 4-0-(8/2) = 0
A carga formal sobre H é, 1-0-(2/2) = 0
Assim, a carga formal sobre C e H é zero. Também se reflete que no CH4 estrutura de lewis que a molécula também é neutra.
Assim, a carga formal individual também dá a explicação adequada de uma molécula carregada ou neutra.
CH4 pares solitários de estrutura lewis
Os elétrons estão presentes na camada de valência ou orbital mais externo de um átomo, mas não estão envolvidos na formação de ligações diretas, mas existem como pares são chamados de pares solitários. A partir da estrutura CH4 lewis, podemos dizer que não há pares isolados sobre a molécula.
No CH4 estrutura de lewis, existem dois substituintes presentes, C e H. H tem apenas um elétron em sua camada e esse elétron é também o elétron de valência para ele. Que um elétron de H está envolvido na formação da ligação sigma com o átomo c central, então não há par solitário para o átomo de H.
C é o grupo 14th elemento e tem quatro elétrons em seu orbital mais externo todos os elétrons estão envolvidos na formação da ligação sigma com quatro átomos de H. Portanto, não há elétrons presentes para C em seu orbital mais externo. Então, C também não tem pares isolados e todo o CH4 estrutura de lewis não contém nenhum par solitário.
Regra do octeto da estrutura CH4 Lewis
Cada átomo, exceto o gás nobre, tenta completar sua camada de valência, mas aceita um número adequado de um elétron de outra fonte e tenta obter a configuração de gás nobre mais próxima de acordo com a regra do octeto. A estrutura CH4 lewis também tenta completar seu octeto pela formação de ligações entre C e H.
Na estrutura CH4 lewis, a configuração eletrônica de C é [He]2s22p2. Portanto, há quatro elétrons na camada mais externa de C e precisa de mais quatro elétrons para completar seu octeto. Agora em CH4 a molécula C forma quatro ligações sigma com quatro átomos de H através do compartilhamento de elétrons e completando seu octeto.
Novamente, para H há apenas um elétron, e esse elétron é o elétron de valência que está presente na camada de valência para H. H precisa de mais um elétron para completar seu octeto e ganhar a configuração de gás nobre mais próxima como He. Agora H forma uma ligação com C compartilhando seu um elétron e um elétron de C e completando seu octeto também.
Ângulo de ligação da estrutura CH4 Lewis
Um ângulo de ligação é um ângulo específico feito pelos átomos em uma determinada molécula para organizá-los de uma maneira particular. No CH4 estrutura de lewis, o ângulo de ligação é 109.50, o que é ideal para geometria tetraédrica.
Do CH4 estrutura de lewis, sabemos que a molécula de metano adota geometria tetraédrica e da teoria VSEPR sabemos que o ângulo de ligação para a geometria tetraédrica é 109.50. Nesta estrutura, não há desvio do ângulo de ligação ideal e a razão por trás disso é que não há fator de desvio presente. O tamanho de C, assim como H, são muito pequenos, então não há repulsão entre eles e não há pares isolados sobre a molécula. Portanto, não há chance de repulsão de pares solitários.
Então, o HCH é perfeitamente 109.50 na porção tetraédrica ideal.
Ressonância da estrutura CH4 Lewis
A deslocalização de nuvens eletrônicas entre diferentes esqueletos de uma molécula em particular é chamada de ressonância. Mas no CH4 estrutura de lewis, não há ressonância ocorre.
A ressonância ocorre apenas entre os átomos que se encontram no mesmo plano. Mas na estrutura CH4 Lewis, dois dos átomos de H estão presentes no plano molecular, mas outros dois estão abaixo e acima do plano molecular. Portanto, a ressonância não pode ocorrer lá. Novamente, para ressonância, há a necessidade de um nuvem eletrônica que pode ser deslocalizada, mas C e H são ambos eletropositivos e falta de nuvem eletrônica.
Então, no CH4 estrutura de lewis ressonância não pode ocorrer. Então, não há ressonância estruturas são observadas para o CH4 lewis estrutura.
Hibridização CH4
A hibridização é um conceito teórico pelo qual dois ou mais orbitais com energias diferentes se misturam para produzir um orbital híbrido de energia equivalente e formar uma ligação covalente. CH4 estrutura de lewis é uma molécula covalente por isso também mostra hibridização e o átomo C central é hibridizado sp3.
Calculamos a hibridização CH4 usando a seguinte fórmula,
H = 0.5(V+M-C+A), onde H = valor de hibridização, V é o número de elétrons de valência no átomo central, M = átomos monovalentes cercados, C = não. de cátion, A = não. do ânion.
Para o CH4 estrutura de lewis, c tem 4 elétrons de valência que estão envolvidos na formação da ligação, e quatro átomos de H estão presentes.
Então, o C central no CH4 estrutura de lewis é, ½(4+4+0+0) = 4 (sp3) hibridizado.
| Estrutura | Valor de hibridização | Estado de hibridização do átomo central | Ângulo de ligação |
| Linear | 2 | sp/sd/pd | 1800 |
| Planejador trigonal | 3 | sp2 | 1200 |
| Tetraédrico | 4 | sd3/sp3 | 109.50 |
| Trigonal bipiramidal | 5 | sp3d/dsp3 | 900 (axial), 1200(equatorial) |
| Octaédrico | 6 | sp3d2/d2sp3 | 900 |
| Bipiramidal pentagonal | 7 | sp3d3/d3sp3 | 900,720 |
Da tabela de hibridização acima, podemos concluir que se o valor de hibridização for 4, então os átomos centrais são sp3 hibridizado.
A partir do diagrama de caixa do CH4 estrutura de lewis, podemos dizer que no estado fundamental c é incapaz de formar uma ligação porque há dois elétrons pareados no orbital 2s. No estado excitado, C formou uma ligação com quatro átomos de H envolvendo seus um s e três orbitais p. Então, o modo de hibridização é sp3.
Na hibridização, consideramos apenas a ligação sigma, não as ligações duplas ou múltiplas.
Solubilidade de CH4
Do CH4 estrutura de lewis, também podemos prever a solubilidade desta molécula. A molécula de metano é apolar, então é principalmente dissolvida em um solvente apolar ou solvente orgânico. Mas devido à ligação H, também é solúvel em solventes polares como a água.
A partir do cálculo do momento dipolar, vemos que a molécula é apolar, portanto, espera-se que seja solúvel em benzeno, um solvente orgânico semelhante ao etanol. Mas nas moléculas de metano existem quatro átomos de H presentes e eles podem facilmente formar ligações de H com o par solitário da molécula de água e a molécula também se torna solúvel em água.
O CH4 é iônico?
De acordo com a regra de Fajan, podemos dizer que toda molécula covalente apresenta alguma % de caráter iônico.
No CH4 estrutura de lewis, o tamanho do átomo de C é pequeno, mas a densidade de carga também é menor, então o potencial iônico é muito baixo, então não pode polarizar H adequadamente, mas o tamanho do íon hidreto é muito grande. Assim, uma visão do potencial iônico também tem algum caráter iônico.
O CH4 é ácido ou básico?
A polaridade de uma molécula depende do valor do momento dipolar resultante. Para CH4 estrutura de lewis, é apolar devido ao momento de dipolo zero.
No CH4 lewis, podemos ver que todas as ligações CH são iguais e têm a mesma diferença de eletronegatividade da estrutura é simétrico, de modo que quatro momentos de dipolo se cancelam e o resultado líquido é momento de dipolo zero para a molécula de CH4 e torna a molécula apolar.
O CH4 é tetraédrico?
Sim, CH4 é uma molécula tetraédrica. De VSEPR a contagem total de elétrons para a molécula de metano é 8 e esta é a razão pela qual a forma da molécula é tetraédrica.
Do CH4 estrutura de lewis e hibridização, vemos que a molécula adota geometria tetraédrica. A molécula é sp3 hibridizado e isso também se reflete na geometria da molécula tetraédrica.
Alguns fatos detalhados sobre CH4
CH4 é uma molécula gasosa incolor, inodora e muito mais leve. Cada hidrocarboneto na combustão produz dióxido de carbono, então a combustão do metano também produz dióxido de carbono e vapor de água. O ponto de fusão e o ponto de ebulição da molécula de metano são 90 K e 116 K, respectivamente.
A molécula é sintetizada na presença de catalisador Ni, gás hidrogênio e monóxido de carbono.
CO + 3H2 = CH4 + H2O
O metano é usado como combustível em diferentes sistemas automotivos e o metano refinado também é usado como combustível de foguete. Ele prontamente participa de muitas reações radicais e forma o radical metil, que é uma espécie mais reativa.
Conclusão
Da discussão acima de CH4 estrutura de lewis, podemos dizer que esta molécula é uma molécula perfeitamente tetraédrica e o ângulo de ligação é de 109.50 e não há fatores de desvio presentes devido ao fato de C e H serem ambos pequenos em tamanho. Embora o metano seja apolar, mas solúvel em água e o íon metano se comporte como um superácido.
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