Karbon (C) Er et meget fleksibelt element og kan danne en rekke forskjellige ioner. Karbon har et ytre skall bestående av 4 valenselektroner. Dette betyr at det kan enten legge til 4 elektroner for å få et fullt ytre skall eller miste 4 elektroner for å kvitte seg med det ytre skallet.
således kan en karbonion ha en ladning på alt fra -4 til +4, avhengig av om den mister eller får elektroner. Selv om de vanligste oksidasjonstilstandene av karbon er +4 og + 2, er karbon i stand til å lage ioner med oksidasjonstilstander av +3, +1, -1, -2, og -3.
Oversikt
Strengt tatt danner karbon nesten aldri frittstående monatomiske ioner, som natrium (Na) eller klor (Cl) kan. Karbon er generelt et veldig stabilt element som er motstandsdyktig mot å få eller miste elektroner. Karbon er nesten like elektropositivt og elektronegativt, så det har sjelden behov for å få eller miste elektroner. Mesteparten av tiden vil karbon bare danne kovalente bindinger og dele elektroner i stedet for å danne en ion. Det er helt mulig å lage monatomiske karbonioner, det krever bare en stor mengde energi som øker for hver etterfølgende elektron som fjernes.
Karbon er imidlertid i stand til å danne polyatomiske ioner. Den fleksible elektronstrukturen av karbon gjør det mulig å danne kjernen av polyatomiske ioner. Mange av disse polyatomiske ioner, inkludert karbon, er essensielle for livet slik vi kjenner det, og spiller en viktig rolle i levende organismer. Andre er viktige for å forstå mineralens oppførsel, og andre brukes i industrien som drivstoff, byggematerialer og rengjøringsløsninger. Fordi karbon er et så fleksibelt element, kan de mange mulige polyatomiske ioner karbon dannes i stor grad variere i deres egenskaper.
«vi definerer organisk kjemi som kjemi av karbonforbindelser.»- August Kekule
Hva Er En Ion?
et ion er et atom eller molekyl som har en ikke-nøytral elektrisk ladning. Elektrisk nøytrale atomer blir ioner via fjerning eller tilsetning av elektroner. Siden elektroner har en lik og motsatt ladning til protoner, kommer netto elektrisk ladning på en ion fra atomet som har en ulik mengde protoner og elektroner. Enkeltatomer som er ioner kalles monatomiske ioner og multiatommolekyler med en ikke-nøytral elektrisk ladning kalles polyatomiske ioner. Positivt ladede ioner kalles kationer og har flere protoner enn elektroner. Negativt ladede ioner kalles anioner og har flere elektroner enn protoner. Kjemikere representerer ioner ved å legge til en positiv eller negativ hevet ved siden av kjemisk formel for et stoff. Et karbonatom som har mistet et enkelt elektron og så har en positiv ladning, er skrevet Som C1⁺. Omvendt er et karbonatom som har fått En enkelt elektron og har en negativ ladning skrevet C1 -⁻
tendensen for et atom eller molekyl for å danne en kation bestemmes av stoffets ioniseringsenergi. Ioniseringsenergien er et mål på hvor mye energi atomet eller molekylet må absorbere for å slippe ut en av sine elektroner, og dermed etterlate en positiv ladning. Generelt koster fjerning av en enkelt elektron fra et nøytralt atom minst mulig energi, med den nødvendige ioniseringsenergien økende for hver etterfølgende elektron. For eksempel er 1. ioniseringsenergi for karbon 1086,5 kJ / mol. Det vil si at det tar 1086,5 kJ energi for å fjerne en enkelt elektron fra en mol karbon. Den 2. ioniseringsenergien for karbon er 2352,6 kJ / mol, mer enn dobbelt så nødvendig energi enn den første ioniseringsenergien.
tendensen for et atom til å danne en anion bestemmes av dets elektronegativitet. Elektronegativitet (EN) av et stoff er et mål på hvor mye stoffet tiltrekker elektroner. Jo mer elektronegative et element, jo mer sannsynlig er det å skaffe flere elektroner, så jo mer sannsynlig er det å danne anioner. Karbon har EN EN På 2,55 På Pauling-skalaen, en verdi omtrent i midten. I kontrast Har Oksygen (O) en EN på 3,44; veldig elektronegativ. Oksygen er svært sannsynlig å fylle sine to åpne valensspor med elektroner for å danne En O2⁻ anion.
Ioner laget av enkeltatomer kalles monatomiske. Ioner laget av molekyler med flere atomer kalles polyatomiske ioner. Polyatomiske ioner er kjemiske forbindelser som har en ikke-nøytral elektrisk ladning. På samme måte som monatomiske ioner har polyatomiske ioner en ulik mengde elektroner og protoner. Når du skriver formelen for en polyatomisk, er forbindelsen skrevet i firkantede parenteser og den elektriske ladningen er skrevet som et hevet utenfor firkantede parenteser. Ammonium, for eksempel, er en polyatomisk ion med en kjemisk formel på +. Ammonium inneholder en mindre elektron enn protoner og har derfor en samlet elektrisk ladning på +1. Andre polyatomiske ioner inkluderer hydroksid (−) og sulfat (2 -).
Ioner er ikke det samme som polaritet. Et polært molekyl har en delvis elektrisk ladning mens ioner har full ladning. Ladningen av en ion er alltid noen heltallsverdi. Natriumioner har en ladning på +1, klorioner en ladning på -1. Polare molekyler har delvis ladede dipoler og deres ladningsverdi er ikke et heltall. Ladningen av den negative oksygenenden i vann er omtrent -2/3e, omtrent to tredjedeler av ladningen av en enkelt elektron.
Karbon Som Ion
Monatomiske Ioner Med Karbon
siden karbon er et elektrisk stabilt element, danner det nesten aldri naturlig frittstående monatomiske karbonioner I Form Av C3⁺ eller C#. Det er ingenting spesielt som hindrer karbonioner fra forming, bare det faktum at det krever ganske mye energi å gjøre det. I stedet for å miste eller få elektroner, vil karbon mesteparten av tiden danne en kovalent binding via deling av elektroner. For eksempel vil karbon danne metan (CH4) ved å dele sine 4 ytre elektroner Med hydrogen Hydrogen Er ikke elektronegativ nok til å ta elektroner fra karbon og karbon er ikke elektronegativ nok til å ta elektroner fra hydrogen. Så, karbon deler bare hver av sine 4 ytre elektroner med den eneste ytre elektronen til hvert hydrogen.
en måte å danne frittstående monatomiske karbonioner fra en sky av gassformig karbon er med en laser. Karbon vil sublime til en gass ved høy temperatur. Deretter kan en laser avfyres på de enkelte karbonatomer for å slå av elektroner for å lage karbonioner. Teoretisk sett kan du helt ionisere et karbonatom ved å fjerne alle sine elektroner på denne måten. Denne prosessen er ikke spesielt praktisk eller nyttig da hver etterfølgende elektron fjernet fra karbonatomet krever mer og mer energi.
Polyatomiske Ioner Med Karbon
Karbon er imidlertid i stand til naturlig å lage en rekke polyatomiske ioner. Fordi karbon er et meget fleksibelt element, kan de forskjellige polyatomiske ioner det dannes ha svært forskjellige kjemiske egenskaper. Noen er relativt kjedelige og inerte, mens andre kan være farlige eller ekstremt flyktige. Karbon er blant de hyppigste bestanddelene av de forskjellige kjente naturlig forekommende polyatomiske ioner.
Karbon og nitrogen (N), for eksempel, kombineres for å danne anioncyanid ( − ), en ekstremt giftig forbindelse. Cyanid består av et karbonatom trippelbundet til et nitrogenatom. Cyanid produseres naturlig av mange planter og sopp, ofte som en forsvarsmekanisme. Cyanid kan binde seg med et hydrogenatom for å danne hydrocyansyre (HCN) en ekstremt korrosiv forbindelse som kan være dødelig i små doser.
En annen vanlig polyatomisk ion som inneholder karbon er karbonat (2 -−. Karbonationer danner ioniske bindinger med mange andre forbindelser for å danne salter og mineraler. De fleste sedimentære bergarter inneholder karbonationer, normalt bundet til kalsium for å danne kalsiumkarbonat (CaCO3). Andre karbonatforbindelser inkluderer jernkarbonat (FeCO3) og natriumkarbonat (Na2CO3). Kalsiumkarbonat er også den viktigste komponenten av mollusk skall og koral skjeletter.
«jeg innså at det var som en dating byrå; ionene er de tapte sjeler på jakt etter kamerater; elektrolytten er etaten som kan hjelpe dem å finne hverandre.»- Victoria Finlay
Det er en viktig familie av forbindelser som kalles karbider som dannes ved å binde karbonioner med svært elektropositive alkalier og jordalkalimetaller. Disse karbidene kan deles inn i tre grupper, avhengig av karakteren av de sentrale karbonionene. Metanider er dannet Med en c4-kjerne, acetylider Med En C₂2-kjerne og sesquicarbider med En C⁰4-kjerne. De fleste av disse karbidforbindelsene kan produseres ved å dekomponere kovalent bundet karbonforbindelser.
sammensatt acetat er et viktig polyatomisk ion som inneholder karbon. Acetat (−eller -) er allestedsnærværende i naturen, da det er en av de primære byggesteinene i biosyntese. Acetat i kroppen brukes til å lage fettsyrer, en av de viktigste lipidene, og å lage acetyl-CoA, som er involvert i cellulær respirasjon.
Karbon Ion Terapi
Karbonioner har også funnet en nisje bruk for behandling av svulster via strålebehandling. Karbon strålebehandling består av å behandle svulster ved å skyte tungt ioniserte karbonpartikler på svulster. De ioniserte karbonpartiklene kan skade den cellulære strukturen til tumorceller, stoppe veksten og drepe dem. Karbon ion terapi viser fordeler over tradisjonelle former for strålebehandling ved at de tyngre kjerner av karbonatomer gir mulighet for mer presis og kraftig behandling. Tunge kjerner, i motsetning til fotonstråling, er i stand til å bli styrt av magnetfelt, slik at de kan manipuleres mer presist for å målrette svulster.