CH4 Lewis-structuur: 5 eenvoudige stappen om te tekenen met afbeelding en vorm

[aangepaste_recensent]

De algemene naam van CH4 is methaan. Het is de eenvoudigste koolwaterstof in het organische molecuul en het is een hydride van C. In de CH4-lewisstructuur heeft het molecuul een tetraëdrische vorm en een bindingshoek van perfect 109.5⁰. Het molecuul ondergaat is sp³ hybridisatie. Eén H-atoom bevindt zich onder het moleculaire vlak en het andere bevindt zich boven het moleculaire vlak.

CH4 wordt gebruikt om koolwaterstoffen van hogere orde te synthetiseren in organische reacties. Het is een eenvoudig alkaan omdat alle CH-bindingen enkelvoudig zijn.

Hoe teken je de CH4 Lewis-structuur?

Het tekenen van de Lewis-structuur voor methaan (CH4) is vrij eenvoudig, maar laten we het proces stap voor stap doorlopen. Methaan is een eenvoudig molecuul, bestaande uit één koolstofatoom gebonden aan vier waterstofatomen. Zo kun je de Lewis-structuur tekenen:

Tel het totale aantal valentie-elektronen: In methaan heeft het centrale koolstofatoom 4 valentie-elektronen, en elk waterstofatoom heeft 1 valentie-elektron. Omdat er vier waterstofatomen zijn, zijn dat vier valentie-elektronen van waterstof, plus de vier van koolstof, wat ons een totaal van acht valentie-elektronen geeft om mee te werken.

Koolstof-elektronconfiguratie — C Valentie-elektron

Waterstof Elektron — C Valentie-elektron

Bepaal het centrale atoom: Koolstof is minder elektronegatief dan waterstof en kan meer bindingen vormen, dus koolstof zal het centrale atoom in de structuur zijn.

Schets een skelet van het molecuul: Plaats koolstof in het midden en rangschik de vier waterstofatomen eromheen. Het is alsof je een plusteken voorstelt, met koolstof op het snijpunt en waterstofatomen aan de uiteinden van elke lijn.

Verdeel de valentie-elektronen: Begin met de buitenste atomen en plaats er elektronen omheen om de bindingen tussen de koolstof- en waterstofatomen weer te geven. Elke binding tussen koolstof en waterstof gebruikt 2 van de 8 valentie-elektronen. Omdat we 4 CH-bindingen in methaan hebben, worden alle 8 elektronen opgebruikt bij het vormen van deze bindingen.

Controleer de Octetregel: Elk atoom in methaan volgt de regels waar ze graag naar leven. Koolstof krijgt zijn volledige octet omdat het 4 elektronen deelt met waterstof (één van elke binding), en elke waterstof is blij met 2 elektronen (een volledige buitenste schil voor waterstof).

Voeg indien nodig alleenstaande paren toe: In het geval van methaan zijn er geen alleenstaande paren omdat we alle valentie-elektronen hebben gebruikt bij het vormen van bindingen, en elk atoom de vereiste volledige buitenschil heeft.

De uiteindelijke CH4 Lewis-structuur is dus:

Dat is het! Je hebt de Lewis-structuur voor methaan. Visueel zou je de koolstof in het midden zien met enkele lijnen (die enkele bindingen vertegenwoordigen) die zich uitstrekken tot aan de waterstofatomen op de vier kompaspunten. De structuur van methaan is een perfect voorbeeld van een tetraëdrische moleculaire geometrie, maar dat is een beetje duiken in moleculaire vormen.

CH4 Lewis-structuurvorm

Volgens de VSEPR-theorie (Valence Shell Electrons Pair Repulsion) als het aantal elektronen van een molecuul 8 is, neemt het molecuul een tetraëdrische geometrie aan. De elektronenbijdrage voor C is 4 en vier H-atomen dragen elk 1 elektron bij, dus het totale aantal elektronen zal 8 zijn. Dus de CH4 lewis structuur is tetraëdrisch.

In de CH4 lewis structuur, de hele elektronendichtheid ligt alleen over de centrale C-atomen. De C is omgeven door vier H-atomen in de tetraëdrische groep. De vorm van het molecuul is ideaal en geen afwijking in de vorm en geometrie omdat er geen lone pair aanwezig is en er ook geen destabilisatiefactor aanwezig is.

CH4 valentie-elektronen

De elektronen die aanwezig zijn in de valentie of de buitenste schil van een atoom staan bekend als valentie-elektronen. Voor C is het aantal valentie-elektronen 4 en voor H is het aantal valentie-elektronen 1.

In de CH4-lewisstructuur is het C-atoom een groep 14^th element, met elektronische configuratie [Hij] 2s²2p² dus het heeft vier elektronen in zijn buitenste baan en alle elektronen zijn betrokken bij de vorming van sigma-bindingen met vier H-atomen. Voor het H-atoom weten we allemaal dat er maar één elektron aanwezig is en dat is het valentie-elektron en het is betrokken bij de vorming van bindingen met C.

Zie ook 15 feiten over H2SO4 + NH4OH: wat, hoe balanceren en veelgestelde vragen

Dus, in de CH4 lewis structuur, het totale aantal valentie-elektronen is 4+(4*1) = 8 elektronen en het is aangetoond dat het aantal octet volledig wordt bevredigd door dit molecuul.

CH4 lewis structuur formele lading

Rekening houdend met dezelfde elektronegativiteit voor alle atomen in een bepaald molecuul berekent de specifieke lading over het molecuul of individuele atomen wordt de formele lading genoemd. De formele lading is een hypothetisch concept, door dit concept kunnen we voorspellen of het molecuul geladen is of niet.

De formule die we kunnen gebruiken om de formele lading te berekenen, FC = N_v - N_lp -1/2 N_bp

waar nr_vis het aantal elektronen in de valentieschil of buitenste orbitaal, N_lpis het aantal elektronen in het eenzame paar, en N_bp is het totale aantal elektronen dat alleen bij de vorming van de binding is betrokken.

In de CH4 lewis structuur, C en H zijn verschillende substituenten, dus we berekenen de formele lading van C en H afzonderlijk.

De formele lading over C is, 4-0-(8/2) = 0

De formele lading over H is, 1-0-(2/2) = 0

Dus de formele lading over zowel C als H is nul. Het komt ook tot uiting dat in de CH4 lewis structuur dat het molecuul ook neutraal is.

Dus de individuele formele lading geeft ook de juiste verklaring voor een geladen of neutraal molecuul.

CH4 lewis structureert alleenstaande paren

De elektronen zijn aanwezig in de valentieschil of de buitenste orbitaal van een atoom, maar zijn niet betrokken bij de vorming van directe bindingen, maar bestaan als paren worden eenzame paren genoemd. Van de CH4 lewis-structuur, kunnen we zeggen dat er geen eenzame paren over het molecuul zijn.

In de CH4 lewis structuur, er zijn twee substituenten aanwezig, C en H. H heeft maar één elektron in zijn schil en dat elektron is er ook het valentie-elektron voor. Dat ene elektron van H is betrokken bij de vorming van de sigmabinding met het centrale c-atoom, dus er is geen eenzaam paar voor het H-atoom.

C is groep 14^th element en het heeft vier elektronen in zijn buitenste baan, alle elektronen zijn betrokken bij de vorming van sigma-bindingen met vier H-atomen. Er zijn dus geen elektronen aanwezig voor C in zijn buitenste orbitaal. Dus C mist ook alleenstaande paren en de hele CH4 lewis structuur bevat geen eenzame paren.

CH4 lewis structuuroctetregel

Elk atoom, behalve edelgas, probeert zijn valentieschil te voltooien, maar accepteert een geschikt aantal van een elektron uit een andere bron en probeert de dichtstbijzijnde edelgasconfiguratie te krijgen volgens de octetregel. CH4 Lewis-structuur probeert ook zijn octet te voltooien door bindingsvorming tussen C en H.

In de CH4-lewisstructuur is de elektronische configuratie van C [He]2s²2p². Er zijn dus vier elektronen in de buitenste schil voor C en het heeft nog vier elektronen nodig om zijn octet te voltooien. Vorm nu in CH4-molecuul C vier sigma-bindingen met vier H-atomen door elektronen te delen en het octet te voltooien.

Zie ook Ccl2h2 Lewis-structuur, kenmerken: 13 feiten die u moet kennen

Nogmaals, voor H is er maar één elektron, en dat ene elektron is het valentie-elektron dat aanwezig is in de valentieschil voor H. H heeft nog een elektron nodig om zijn octet te voltooien en de dichtstbijzijnde edelgasconfiguratie zoals He te krijgen. Nu vormt H een binding met C door zijn ene elektron en één elektron van C te delen en ook zijn octet te voltooien.

CH4 lewis structuur verbindingshoek

Een bindingshoek is een specifieke hoek gemaakt door de atomen in een bepaald molecuul om ze op een bepaalde manier te rangschikken. In de CH4 lewis structuur, de bindingshoek is 109.50, wat ideaal is voor tetraëdrische geometrie.

Vanaf de CH4 lewis structuur, weten we dat het methaanmolecuul een tetraëdrische geometrie aanneemt en uit de VSEPR-theorie weten we dat de bindingshoek voor tetraëdrische geometrie 109.50 is. In deze structuur is er geen afwijking van de ideale bindingshoek en de reden hierachter is dat er geen afwijkingsfactor aanwezig is. De grootte van C, evenals H, zijn erg klein, dus er is geen afstoting tussen hen en er zijn geen eenzame paren over het molecuul. Dus geen kans op afstoting van een enkel paar-bandpaar.

Dus de HCH is perfect 109.5 "⁰ in de ideale tetraëdrische groep.

CH4 lewisstructuurresonantie

Delokalisatie van elektronische wolken tussen verschillende skeletten van een bepaald molecuul wordt resonantie genoemd. Maar in de CH4 lewis structuur, er vindt geen resonantie plaats.

Resonantie treedt alleen op tussen de atomen die op hetzelfde vlak liggen. Maar in de CH4-lewisstructuur zijn twee van de H-atomen aanwezig op het moleculaire vlak, maar nog twee liggen onder en boven het moleculaire vlak. Daar kan dus geen resonantie optreden. Nogmaals, voor resonantie is er een extra nodig elektronische cloud die kan worden gedelokaliseerd, maar C en H zijn beide elektropositief en hebben geen elektronische cloud.

Dus, in de CH4 lewis structuur resonantie kan niet optreden. Er zijn dus geen resonanties structuren worden waargenomen voor de CH4 lewis structuur.

CH4-hybridisatie

Hybridisatie is een theoretisch concept waarbij twee of meer orbitalen met verschillende energie worden gemengd om een hybride orbitaal met equivalente energie te produceren en een covalente binding te vormen. CH4 lewis structuur is een covalent molecuul, dus het vertoont ook hybridisatie en het centrale C-atoom is sp3 gehybridiseerd.

We berekenen de CH4-hybridisatie met behulp van de volgende formule,

H = 0.5(V+M-C+A), waarbij H= hybridisatiewaarde, V is het aantal valentie-elektronen in het centrale atoom, M = monovalente atomen omgeven, C=nr. van kation, A = nee. van het anion.

Voor de CH4 lewis structuur, c heeft 4 valentie-elektronen die betrokken zijn bij de vorming van bindingen, en er zijn vier H-atomen aanwezig.

Dus de centrale C in de CH4 lewis structuur is, ½(4+4+0+0) = 4 (sp³) gehybridiseerd.

Structuur	Hybridisatiewaarde	Staat van hybridisatie van centraal atoom	Bond hoek:
Lineair	2	sp /sd /pd	180⁰
planner trigonaal	3	sp²	120⁰
Tetraëdrische	4	sd³/ sp³	109.5⁰
Trigonaal bipyramidaal	5	sp³d/dsp³	90⁰ (axiaal), 120⁰(equatoriaal)
Achtvlakkig	6	sp³d²/ NS²sp³	90⁰
vijfhoekige bipiramidale	7	sp³d³/d³sp³	90⁰, 72⁰

Uit de bovenstaande tabel met hybridisatie kunnen we concluderen dat als de hybridisatiewaarde 4 is, de centrale atomen sp . zijn³ gehybridiseerd.

Uit het doosdiagram van de CH4 lewis structuur, kunnen we zeggen dat c in de grondtoestand geen binding kan vormen omdat er twee elektronen gepaard zijn in de 2s-orbitaal. In de aangeslagen toestand vormde C een binding met vier H-atomen, waarbij zijn ene s- en drie p-orbitalen betrokken waren. Dus de wijze van hybridisatie is sp³.

Zie ook SH2 Lewis-structuur: tekeningen, hybridisatie, vorm, ladingen, paar en gedetailleerde feiten

Bij de hybridisatie beschouwen we alleen de sigma-binding, niet de dubbele of meervoudige bindingen.

CH4-oplosbaarheid

Vanaf de CH4 lewis structuurkunnen we ook de oplosbaarheid van dit molecuul voorspellen. Het methaanmolecuul is niet-polair, dus het wordt meestal opgelost in een niet-polair oplosmiddel of organisch oplosmiddel. Maar door H-binding is het ook oplosbaar in polaire oplosmiddelen zoals water.

Uit de berekening van het dipoolmoment zien we dat het molecuul niet-polair is, dus wordt verwacht dat het oplosbaar is in benzeen, een ethanolachtig organisch oplosmiddel. Maar in methaanmoleculen zijn er vier H-atomen aanwezig en ze kunnen gemakkelijk H-bindingen vormen met het enige paar van het watermolecuul en het molecuul wordt ook oplosbaar in water.

Is CH4 ionisch?

Volgens de regel van Fajan kunnen we zeggen dat elk covalent molecuul een procent van het ionische karakter vertoont.

In de CH4 lewis structuur, de grootte van het C-atoom is klein, maar de ladingsdichtheid is ook minder, dus de ionische potentiaal is erg laag, dus het kan H niet goed polariseren, maar de grootte van het hydride-ion is erg groot. Dus een weergave van ionisch potentieel heeft ook een ionisch karakter.

Is CH4 zuur of basisch?

De polariteit van een molecuul is afhankelijk van de waarde van het resulterende dipoolmoment. Voor CH4 lewis structuur, het is niet-polair vanwege het dipoolmoment nul.

In de CH4 lewis-structuur, kunnen we zien dat alle CH-bindingen gelijk zijn en dat ze hetzelfde elektronegativiteitsverschil hebben als de structuur is symmetrisch, dus vier dipoolmomenten heffen elkaar op en het netto resultaat is een dipoolmoment nul voor het CH4-molecuul en maakt het molecuul niet-polair.

Is CH4 tetraëdrisch?

Ja, CH4 is een tetraëdrisch molecuul. Van VSEPR is het totale aantal elektronen voor het methaanmolecuul 8 en dit is de reden dat de vorm van het molecuul tetraëdrisch is.

Vanaf de CH4 lewis structuur en hybridisatie, zien we dat het molecuul een tetraëdrische geometrie aanneemt. Het molecuul is sp³ gehybridiseerd en dit wordt ook weerspiegeld in de geometrie van het tetraëdrische molecuul.

Enkele gedetailleerde feiten over CH4

CH4 is een kleurloos, geurloos en zeer lichter gasvormig molecuul. Elke koolwaterstof produceerde bij verbranding kooldioxide, dus bij verbranding van methaan produceerde ook kooldioxide en waterdamp. Het smeltpunt en het kookpunt van het methaanmolecuul zijn respectievelijk 90 K en 116 K.

Het molecuul wordt gesynthetiseerd in aanwezigheid van Ni-katalysator, waterstofgas en koolmonoxide.

CO + 3H₂ = CH₄ + H₂O

Methaan wordt gebruikt als brandstof in verschillende autosystemen en geraffineerd methaan wordt ook gebruikt als raketbrandstof. Het neemt gemakkelijk deel aan veel radicale reacties en vormt een methylradicaal dat een meer reactieve soort is.

Conclusie

Uit de bovenstaande bespreking van CH4 lewis structuur, kunnen we zeggen dat dit molecuul een perfect tetraëdrisch molecuul is en dat de bindingshoek 109.50 is en dat er geen afwijkingsfactoren aanwezig zijn omdat C en H beide klein van formaat zijn. Hoewel methaan niet-polair is, maar oplosbaar in water, gedraagt het methaanion zich als een superzuur.

Lees ook:

Biswarup Chandra Dey

Hallo……Ik ben Biswarup Chandra Dey, ik heb mijn master in scheikunde behaald aan de Centrale Universiteit van Punjab. Mijn specialisatiegebied is Anorganische Chemie. Bij scheikunde gaat het niet alleen om het regel voor regel lezen en onthouden, het is een concept dat je op een gemakkelijke manier kunt begrijpen en hier deel ik het concept over scheikunde dat ik leer, omdat kennis de moeite waard is om het te delen.