Химическая связь CH4

Молекула метана (CH₄) состоит из одного атома углерода и четырёх атомов водорода. Тип химической связи, который присутствует в метане, — ковалентная неполярная связь.

Вот как это устроено:

1. Гибридизация атома углерода

Атом углерода в основном состоянии имеет электронную конфигурацию 1s² 2s² 2p². Однако для образования четырёх равнозначных связей происходит возбуждение одного из 2s-электронов на свободную 2p-орбиталь, и углерод принимает конфигурацию 1s² 2s¹ 2p³. После этого происходит sp³-гибридизация, то есть одна 2s- и три 2p-орбитали объединяются в четыре эквивалентные гибридные sp³-орбитали. Каждая из этих орбиталей содержит по одному неспаренному электрону.

2. Образование связей с водородом

Каждый атом водорода имеет один электрон на s-орбитали. Он может образовать ковалентную σ-связь (сигма-связь), перекрываясь с одной из sp³-орбиталей углерода. Таким образом, каждая связь между углеродом и водородом — это σ-связь, образованная за счёт перекрывания s-орбитали водорода и sp³-орбитали углерода.

3. Полярность связей

Разница в электроотрицательности между углеродом (2,5) и водородом (2,1) невелика, поэтому связи C–H считаются неполярными или слабо полярными. В целом, молекула метана симметрична, поэтому дипольные моменты отдельных связей компенсируются, и вся молекула является неполярной.

4. Геометрия молекулы

Из-за sp³-гибридизации и стремления минимизировать отталкивания между электронными облаками, молекула CH₄ имеет тетраэдрическую форму, где углы между связями составляют примерно 109,5°.

Итог:

• Тип связи: ковалентная σ-связь

• Характер связей: неполярные

• Гибридизация углерода: sp³

• Форма молекулы: тетраэдр

• Количество связей: 4 C–H связи

Это делает метан простой, но важной молекулой, особенно как пример молекулы с идеальной ковалентной тетраэдрической структурой.