Сопоставьте аллотропные модификации углерода и тип гибридизации атомных орбиталей углерода в них.

Аллотропные модификации углерода отличаются строением кристаллической (или молекулярной) решётки, а также типом гибридизации атомных орбиталей углерода.

Сопоставление:

1. Алмаз — sp³-гибридизация
В алмазе каждый атом углерода образует четыре прочные σ-связи с соседними атомами, расположенными в вершинах тетраэдра. Это соответствует sp³-гибридизации. Пространственная структура — трёхмерная атомная кристаллическая решётка.

2. Графит — sp²-гибридизация
В графите каждый атом углерода связан с тремя соседями в одной плоскости, образуя слои из шестиугольников. Это sp²-гибридизация. Четвёртый электрон находится на p-орбитали и образует делокализованную π-систему между слоями.

3. Графен — sp²-гибридизация
Графен представляет собой один слой графита. Каждый атом углерода также находится в sp²-гибридизации, образуя плоскую шестиугольную решётку с делокализованными π-электронами.

4. Фуллерены — sp²-гибридизация (с искажением)
В фуллеренах атомы углерода также в основном sp²-гибридизованы, так как каждый связан с тремя соседями. Однако из-за искривлённой сферической структуры происходит небольшое отклонение от идеальной sp²-геометрии.

5. Карбин — sp-гибридизация
В карбине атомы углерода образуют линейные цепочки с чередованием тройных и одинарных связей (или кумулированных двойных связей). Это соответствует sp-гибридизации, при которой образуются линейные структуры.

Итоговое соответствие:

• Алмаз — sp³

• Графит — sp²

• Графен — sp²

• Фуллерены — sp² (с искажением)

• Карбин — sp