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Der gebräuchliche Name von CH4 ist Methan. Es ist der einfachste Kohlenwasserstoff im organischen Molekül und ein Hydrid von C. In der CH4-Lewis-Struktur hat das Molekül eine tetraedrische Form und einen Bindungswinkel von perfekt 109.50. Das Molekül erfährt ist sp3 Hybridisierung. Ein H-Atom befindet sich unterhalb der Molekülebene und das andere oberhalb der Molekülebene.
CH4 wird zur Synthese von Kohlenwasserstoffen höherer Ordnung in organischen Reaktionen verwendet. Es ist ein einfaches Alkan, weil alle CH-Bindungen einfach sind.
Wie zeichnet man die CH4-Lewis-Struktur?
Das Zeichnen der Lewis-Struktur für Methan (CH4) ist ziemlich einfach, aber lassen Sie uns den Prozess Schritt für Schritt durchgehen. Methan ist ein einfaches Molekül, das aus einem Kohlenstoffatom besteht, an das vier Wasserstoffatome gebunden sind. So können Sie die Lewis-Struktur zeichnen:
Zählen Sie die Gesamtzahl der Valenzelektronen: In Methan hat das zentrale Kohlenstoffatom 4 Valenzelektronen und jedes Wasserstoffatom hat 1 Valenzelektron. Da es 4 Wasserstoffatome gibt, sind das 4 Valenzelektronen aus Wasserstoff und die 4 aus Kohlenstoff, was uns insgesamt 8 Valenzelektronen gibt, mit denen wir arbeiten können.
Bestimmen Sie das Zentralatom: Kohlenstoff ist weniger elektronegativ als Wasserstoff und kann mehr Bindungen bilden, sodass Kohlenstoff das Zentralatom in der Struktur ist.
Skizzieren Sie ein Skelett des Moleküls: Platzieren Sie Kohlenstoff in der Mitte und ordnen Sie die vier Wasserstoffatome darum herum an. Es ist, als würde man sich ein Pluszeichen vorstellen, mit Kohlenstoff am Schnittpunkt und Wasserstoffatomen am Ende jeder Linie.
Verteilen Sie die Valenzelektronen: Beginnen Sie mit den äußeren Atomen und platzieren Sie Elektronen um sie herum, um die Bindungen zwischen den Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen darzustellen. Jede Bindung zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff verbraucht zwei der acht Valenzelektronen. Da wir in Methan über 2 CH-Bindungen verfügen, werden bei der Bildung dieser Bindungen alle 8 Elektronen verbraucht.
Überprüfen Sie die Oktettregel: Jedes Atom im Methan folgt den Regeln, nach denen es gerne lebt. Kohlenstoff erhält sein volles Oktett, weil er vier Elektronen mit Wasserstoff teilt (eines aus jeder Bindung) und jeder Wasserstoff mit zwei Elektronen zufrieden ist (eine vollständige äußere Hülle für Wasserstoff).
Fügen Sie bei Bedarf Einzelpaare hinzu: Im Fall von Methan gibt es keine freien Elektronenpaare, da wir alle Valenzelektronen für die Bildung von Bindungen verwendet haben und jedes Atom seine erforderliche vollständige Außenhülle hat.
Die endgültige CH4-Lewis-Struktur ist also:
Das ist es! Sie haben die Lewis-Struktur für Methan. Visuell sehen Sie den Kohlenstoff in der Mitte mit einzelnen Linien (die Einfachbindungen darstellen), die sich bis zu den Wasserstoffatomen in den vier Himmelsrichtungen erstrecken. Die Struktur von Methan ist ein perfektes Beispiel für eine tetraedrische Molekülgeometrie, aber das taucht ein wenig in molekulare Formen ein.
Form der CH4-Lewis-Struktur
Gemäß der VSEPR-Theorie (Valence Shell Electrons Pair Repulsion) nimmt das Molekül eine tetraedrische Geometrie an, wenn die Elektronenzahl eines Moleküls 8 beträgt. Der Elektronenbeitrag für C beträgt 4 und vier H-Atome tragen jeweils 1 Elektron bei, sodass die Gesamtelektronenzahl 8 beträgt. Also das CH4 Lewis-Struktur ist tetraedrisch.
Im CH4 Lewis-Strukturliegt die gesamte Elektronendichte nur über den zentralen C-Atomen. Das C ist in der tetraedrischen Einheit von vier H-Atomen umgeben. Die Form des Moleküls ist ideal und keine Abweichung in der Form und Geometrie, da kein einsames Paar vorhanden ist und auch kein Destabilisierungsfaktor vorhanden ist.
CH4-Valenzelektronen
Die an der Valenz oder äußersten Schale eines Atoms vorhandenen Elektronen werden als Valenzelektronen bezeichnet. Für C ist die Anzahl der Valenzelektronen 4 und für H ist die Anzahl der Valenzelektronen 1.
In der CH4-Lewis-Struktur ist das C-Atom ein Gruppe 14th Element mit elektronischer Konfiguration [Er] 2s22p2 es hat also vier Elektronen in seinem äußersten Orbital und alle Elektronen sind an der Sigma-Bindungsbildung mit vier H-Atomen beteiligt. Für das H-Atom wissen wir alle, dass nur ein Elektron vorhanden ist, und das ist sein Valenzelektron, und es ist an der Bindungsbildung mit C beteiligt.
Also im CH4 Lewis-Struktur, die gesamte Anzahl von Valenzelektronen ist 4+(4*1) = 8 Elektronen und es zeigt sich, dass das Zahlenoktett von diesem Molekül vollständig erfüllt wird.
Formale Ladung der CH4-Lewis-Struktur
Die Berücksichtigung der gleichen Elektronegativität für alle Atome in einem bestimmten Molekül berechnet die spezifische Ladung über das Molekül oder einzelne Atome wird als Formalladung bezeichnet. Die formale Ladung ist ein hypothetisches Konzept, durch dieses Konzept können wir vorhersagen, ob das Molekül geladen ist oder nicht.
Die Formel, mit der wir die Formalgebühr berechnen können, FC = Nv - Nlp -1/2 Nbp
Wo nv ist die Anzahl der Elektronen in der Valenzschale oder dem äußersten Orbital, Nlp die Anzahl der Elektronen im freien Elektronenpaar ist und Nbp ist die Gesamtzahl der Elektronen, die nur an der Bindungsbildung beteiligt sind.
Im CH4 Lewis-Struktur, C und H sind unterschiedliche Substituenten, daher berechnen wir die Formalladung von C und H einzeln.
Die formale Ladung über C ist 4-0-(8/2) = 0
Die formale Ladung über H ist 1-0-(2/2) = 0
Die Formalladung sowohl über C als auch über H ist also Null. Es spiegelt sich auch wider, dass in der CH4 Lewis-Struktur dass das Molekül auch neutral ist.
Die individuelle Formalladung gibt also auch die richtige Erklärung für ein geladenes oder neutrales Molekül.
CH4 Lewis-Struktur freie Elektronenpaare
Die Elektronen befinden sich in der Valenzschale oder im äußersten Orbital eines Atoms, sind jedoch nicht an der direkten Bindungsbildung beteiligt, sondern existieren als Paare werden als einsame Paare bezeichnet. Aus der CH4-Lewis-Struktur, können wir sagen, dass es keine freien Elektronenpaare über dem Molekül gibt.
Im CH4 Lewis-Struktur, gibt es zwei Substituenten, C und H. H hat nur ein Elektron in seiner Hülle und dieses Elektron ist auch das Valenzelektron dafür. Dieses eine Elektron von H ist an der Sigma-Bindungsbildung mit dem zentralen c-Atom beteiligt, sodass es kein einsames Elektronenpaar für das H-Atom gibt.
C ist Gruppe 14th Element und es hat vier Elektronen in seinem äußersten Orbital, alle Elektronen sind an der Sigma-Bindungsbildung mit vier H-Atomen beteiligt. Für C sind also in seinem äußersten Orbital keine Elektronen vorhanden. Also fehlen C auch freie Elektronenpaare und das ganze CH4 Lewis-Struktur enthält keine Einzelpaare.
CH4-Lewis-Struktur-Oktettregel
Jedes Atom außer Edelgas versucht, seine Valenzschale zu vervollständigen, nimmt aber eine geeignete Anzahl von Elektronen aus einer anderen Quelle auf und versucht, gemäß der o-Oktett-Regel die nächste Edelgaskonfiguration zu erreichen. Die CH4-Lewis-Struktur versucht auch, ihr Oktett durch Bindungsbildung zwischen C und H zu vervollständigen.
In der CH4-Lewis-Struktur ist die elektronische Konfiguration von C [He]2s22p2. Es gibt also vier Elektronen in der äußersten Schale von C und es braucht vier weitere Elektronen, um sein Oktett zu vervollständigen. Jetzt bildet C im CH4-Molekül vier Sigma-Bindungen mit vier H-Atomen, indem es Elektronen teilt und sein Oktett vervollständigt.
Wiederum gibt es für H nur ein Elektron, und dieses eine Elektron ist das Valenzelektron, das an der Valenzschale für H vorhanden ist. H benötigt ein weiteres Elektron, um sein Oktett zu vervollständigen und die nächste Edelgaskonfiguration wie He zu erreichen. Jetzt bildet H eine Bindung mit C, indem es sein ein Elektron und ein Elektron von C teilt und auch sein Oktett vervollständigt.
Bindungswinkel der CH4-Lewis-Struktur
Ein Bindungswinkel ist ein spezifischer Winkel, der von den Atomen in einem bestimmten Molekül gebildet wird, um sie auf eine bestimmte Weise anzuordnen. Im CH4 Lewis-Strukturbeträgt der Bindungswinkel 109.50, was ideal für die Tetraedergeometrie ist.
Von CH4 Lewis-Struktur, wissen wir, dass das Methanmolekül eine tetraedrische Geometrie annimmt, und aus der VSEPR-Theorie wissen wir, dass der Bindungswinkel für die tetraedrische Geometrie 109.50 beträgt. Bei dieser Struktur gibt es keine Abweichung vom idealen Bindungswinkel und der Grund dafür ist, dass kein Abweichungsfaktor vorhanden ist. Sowohl C als auch H sind sehr klein, so dass es keine Abstoßung zwischen ihnen gibt und es keine freien Elektronenpaare über dem Molekül gibt. Also keine Chance einer Abstoßung des einsamen Paars zwischen Bindungspaaren.
Der HCH ist also perfekt 109.50 in der idealen tetraedrischen Einheit.
Resonanz der CH4-Lewis-Struktur
Die Delokalisierung elektronischer Wolken zwischen verschiedenen Skeletten eines bestimmten Moleküls wird als Resonanz bezeichnet. Aber im CH4 Lewis-Struktur, es tritt keine Resonanz auf.
Resonanz tritt nur zwischen den Atomen auf, die auf derselben Ebene liegen. Aber in der CH4-Lewis-Struktur sind zwei der H-Atome auf der Molekülebene vorhanden, aber zwei weitere liegen unter und über der Molekülebene. Dort kann also keine Resonanz auftreten. Auch hier ist für die Resonanz ein Extra erforderlich elektronische Wolke, die delokalisiert werden kann, aber C und H sind beide elektropositiv und es fehlt eine elektronische Wolke.
Also im CH4 Lewis-Struktur Resonanz kann nicht auftreten. Es gibt also keine Resonanz Strukturen werden für die CH4-Lewis beobachtet Struktur.
CH4-Hybridisierung
Hybridisierung ist ein theoretisches Konzept, bei dem zwei oder mehr Orbitale mit unterschiedlicher Energie gemischt werden, um ein Hybridorbital mit äquivalenter Energie zu erzeugen und eine kovalente Bindung zu bilden. CH4 Lewis-Struktur ist ein kovalentes Molekül, also zeigt es auch Hybridisierung und das zentrale C-Atom ist sp3-hybridisiert.
Wir berechnen die CH4-Hybridisierung mit der folgenden Formel:
H = 0.5(V+M-C+A), wobei H=Hybridisierungswert, V die Zahl der Valenzelektronen im Zentralatom, M = umgebende einwertige Atome, C=nr. des Kations, A=Nr. des Anions.
Für CH4 Lewis-Struktur, c hat 4 Valenzelektronen, die an der Bindungsbildung beteiligt sind, und es sind vier H-Atome vorhanden.
Also das zentrale C im CH4 Lewis-Struktur ist, ½(4+4+0+0) = 4 (sp3) hybridisiert.
| Struktur | Hybridisierungswert | Zustand der Hybridisierung des Zentralatoms | Bindungswinkel |
| Linear | 2 | sp/sd/pd | 1800 |
| Planer trigonal | 3 | sp2 | 1200 |
| Tetraeder | 4 | sd3/sp3 | 109.50 |
| Trigonale Bipyramide | 5 | sp3d/dsp3 | 900 (axial), 1200(äquatorial) |
| Oktaeder | 6 | sp3d2/ D2sp3 | 900 |
| Fünfeckig bipyramidal | 7 | sp3d3/d3sp3 | 900, 720 |
Aus der obigen Hybridisierungstabelle können wir schließen, dass bei einem Hybridisierungswert von 4 das Zentralatom sp ist3 hybridisiert.
Aus dem Kastendiagramm des CH4 Lewis-Struktur, können wir sagen, dass c im Grundzustand keine Bindung eingehen kann, da zwei Elektronen im 2s-Orbital gepaart sind. Im angeregten Zustand bildete C eine Bindung mit vier H-Atomen unter Beteiligung seiner einen s- und seiner drei p-Orbitale. Der Hybridisierungsmodus ist also sp3.
Bei der Hybridisierung berücksichtigen wir nur die Sigma-Bindung, nicht die Doppel- oder Mehrfachbindungen.
CH4-Löslichkeit
Von CH4 Lewis-Struktur, können wir auch die Löslichkeit dieses Moleküls vorhersagen. Das Methanmolekül ist unpolar, daher wird es meistens in einem unpolaren Lösungsmittel oder organischen Lösungsmittel gelöst. Aufgrund der H-Bindung ist es aber auch in polaren Lösungsmitteln wie Wasser löslich.
Aus der Berechnung des Dipolmoments sehen wir, dass das Molekül unpolar ist, also wird erwartet, dass es in Benzol, einem ethanolähnlichen organischen Lösungsmittel, löslich ist. Aber in Methanmolekülen sind vier H-Atome vorhanden und sie können leicht eine H-Bindung mit dem freien Paar des Wassermoleküls bilden und das Molekül wird auch in Wasser löslich.
Ist CH4 ionisch?
Gemäß der Fajan-Regel können wir sagen, dass jedes kovalente Molekül einen gewissen Prozentsatz an ionischem Charakter aufweist.
Im CH4 Lewis-Struktur, die Größe des C-Atoms ist klein, aber die Ladungsdichte ist auch geringer, so dass das Ionenpotential sehr niedrig ist, sodass es H nicht richtig polarisieren kann, aber die Größe des Hydridions ist sehr groß. Eine Betrachtung des Ionenpotentials hat also auch einen gewissen ionischen Charakter.
Ist CH4 sauer oder basisch?
Die Polarität eines Moleküls hängt von der Größe des resultierenden Dipolmoments ab. Für CH4 Lewis-Struktur, ist es aufgrund des Dipolmoments von Null unpolar.
Im CH4 Lewis-Struktur können wir sehen, dass alle CH-Bindungen gleich sind und sie den gleichen Elektronegativitätsunterschied zur Struktur haben ist symmetrisch, also heben sich vier Dipolmomente gegenseitig auf und das Nettoergebnis ist ein Null-Dipolmoment für das CH4-Molekül und macht das Molekül unpolar.
Ist CH4 tetraedrisch?
Ja, CH4 ist ein tetraedrisches Molekül. Aus VSEPR ist die Gesamtelektronenzahl für das Methanmolekül 8 und dies ist der Grund, warum die Form des Moleküls tetraedrisch ist.
Von CH4 Lewis-Struktur und Hybridisierung, sehen wir, dass das Molekül eine tetraedrische Geometrie annimmt. Das Molekül ist sp3 hybridisiert, was sich auch in der Geometrie des Molekültetraeders widerspiegelt.
Einige detaillierte Fakten über CH4
CH4 ist ein farbloses, geruchloses und sehr leichteres gasförmiges Molekül. Jeder Kohlenwasserstoff erzeugte bei der Verbrennung Kohlendioxid, also erzeugte die Verbrennung von Methan auch Kohlendioxid und Wasserdampf. Der Schmelzpunkt und Siedepunkt des Methanmoleküls betragen 90 K bzw. 116 K.
Das Molekül wird in Gegenwart von Ni-Katalysator, Wasserstoffgas und Kohlenmonoxid synthetisiert.
CO + 3H2 = CH4 + H2O
Methan wird als Kraftstoff in verschiedenen Automobilsystemen verwendet und raffiniertes Methan wird auch als Raketentreibstoff verwendet. Es nimmt leicht an vielen Radikalreaktionen teil und bildet ein Methylradikal, das eine reaktivere Spezies ist.
Zusammenfassung
Aus der obigen Diskussion von CH4 Lewis-Struktur, können wir sagen, dass dieses Molekül ein perfekt tetraedrisches Molekül ist und der Bindungswinkel 109.50 beträgt und dass keine Abweichungsfaktoren vorhanden sind, da C und H beide klein sind. Methan ist zwar unpolar, aber wasserlöslich und das Methanion verhält sich wie eine Supersäure.
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Hallo……ich bin Biswarup Chandra Dey, ich habe meinen Master in Chemie an der Central University of Punjab abgeschlossen. Mein Spezialgebiet ist Anorganische Chemie. In der Chemie geht es nicht nur darum, Zeile für Zeile zu lesen und auswendig zu lernen, es ist ein Konzept, das leicht zu verstehen ist, und hier teile ich mit Ihnen das Konzept der Chemie, das ich lerne, weil es sich lohnt, Wissen zu teilen.