Kötéshossz

A molekuláris geometriában a kötéshossz vagy kötéstávolság egy molekula két, egymással kötésben levő atomjának magjai közötti átlagos távolság. Értéke azonos fajta atomok között viszonylag állandó, a molekula többi részétől kevéssé függ.

Magyarázat

A kötéshossz kapcsolatban van a kötésrenddel: ha több elektron vesz részt a kötés kialakításában, rövidebb a kötés. A kötés hossza fordítottan arányos a kötés erősségével és a kötés disszociációs energiájával: ha minden más tényező változatlan, az erősebb kötés egyben rövidebb is. Két azonos atom közötti kötés esetében a kötéstávolság fele egyenlő a kovalens sugárral.

A szén- és más atomok közötti kötéshosszak

A kötéshosszt szilárd fázisban röntgendiffrakcióval mérik, vagy közelítőleg gázfázisban mikrohullámú spektroszkópia segítségével határozzák meg. Egy adott atompár közötti kötés hossza a különböző molekulák között változhat. A szén és hidrogén közötti kötés hossza például különbözik a metán és a metil-klorid esetében, de azonos általános szerkezetű molekulák esetében van lehetőség általánosításra.

Az alábbi táblázatban a szén és más elemek közötti egyszeres kötések kísérletileg mért hosszai szerepelnek, pikométerben megadva. A két különböző atom közötti kötéstávolság közelítőleg megegyezik a kovalens sugarak összegével. Általános tendencia, hogy a kötéstávolság a periódusos rendszer egy periódusán belül jobbra haladva csökken, egy csoporton belül lefelé haladva pedig nő. Ez a tendencia megegyezik az atomsugarakra érvényes trenddel.

Szén és más elem közötti kötéshossz[1]

atom vegyjele	kötéshossz (pm)	csoport
H	106–112	1. csoport
Be	193	2. csoport
Mg	207	2. csoport
B	156	13. csoport
Al	224	13. csoport
In	216	13. csoport
C	120–154	14. csoport
Si	186	14. csoport
Sn	214	14. csoport
Pb	229	14. csoport
N	147–210	15. csoport
P	187	15. csoport
As	198	15. csoport
Sb	220	15. csoport
Bi	230	15. csoport
O	143–215	16. csoport
S	181–255	16. csoport
Cr	192	6. csoport
Se	198–271	16. csoport
Te	205	16. csoport
Mo	208	6. csoport
W	206	6. csoport
F	134	17. csoport
Cl	176	17. csoport
Br	193	17. csoport
I	213	17. csoport

Kötéshossz a szerves vegyületekben

Egy molekulában a két atom közötti kötéshossz nemcsak az atomok fajtájától függ, hanem azok hibridizációs állapotától és a szubsztituensek elektron- és sztérikus szerkezetétől is. A szén–szén (C−C) kötéshossz a gyémántban 154 pm, egyben ez a leghosszabb normál szén kovalens kötéshossz.

Léteznek ugyanakkor szokatlanul hosszú kötések is. Az egyik ilyen vegyület a triciklobutabenzol, melyben 160 pm-es kötéshosszról számoltak be. A jelenleg ismert csúcstartó egy másik ciklobutabenzol, melyben röntgenkrisztallográfiás mérések szerint a kötéshossz 174 pm.[2] Az ilyen típusú vegyületben a ciklobutángyűrű miatt az ahhoz kapcsolódó benzolgyűrű szénatomjai is 90°-os kötésszögbe kényszerülnek a szokásos 120° helyett.

A ciklobutabenzol piros színnel jelölt kötésének hossza 174 pm

Nagyon hosszú, akár 290 pm-es C−C kötéshosszak létezését vetették fel a két tetracianoetilén dianionból álló dimerben, bár ez 2-elektronos-4-centrumos kötés.[3][4] Ezt a fajta kötést figyelték meg a semleges fenalenil dimerek esetén is. Ez az úgynevezett „pancake bond” (palacsinta kötés),[5] kötéshossza akár 305 pm is lehet.

Az átlagosnál rövidebb C−C kötéstávolságok is léteznek: az alkének és alkinek kötéshossza 133, illetve 120 pm, ennek oka a szigma-kötés megnövekedett s-karaktere. A benzolban minden kötés azonos hosszúságú: 139 pm. A szén–szén egyszeres kötésének s-karakterének növekedése figyelhető meg a diacetilén középső kötése (137 pm), valamint egy adott tetrahedrán dimer esetében is (144 pm).

A propionitril cianocsoportja maga felé szívja az elektronokat, ami szintén csökkenti a kötéshosszt (144 pm). A C−C kötés molekulafeszültség hatására történő összenyomódása is előfordul. Az egyik különleges szerves vegyületben, az in-metilciklofánban a metilcsoport kötéshossza nagyon rövid, csak 147 pm, ugyanis egy tripticén és fenilcsoport közé van beszorítva. In silico kísérletben egy fullerénbe zárt neopentán molekulában a kötéshosszt 136 pm-nek becsülték.[6] Ebben a tanulmányban az elméletileg legrövidebb C−C egyszeres kötés 131 pm-nek adódott, egy feltételezett tetrahedrán származék esetében.[7]

Ugyanez a vizsgálat arra az eredményre jutott, hogy az etánban a C−C kötés 5 pm-rel történő megnyújtása, illetve összenyomása rendre 2,8, illetve 3,5 kJ/mol energiát igényel. 15 pm-es változás esetén az energiaigény 21,9; illetve 37,7 kJ/mol lenne.

Kötéshosszak a szerves vegyületekben[8][9]

C–H	hossz (pm)	C–C	hossz (pm)	többszörös kötések	hossz (pm)
sp^3–H	110	sp^3–sp^3	154	benzol	140
sp^2–H	109	sp^3–sp^2	150	alkén	134
sp–H	108	sp^2–sp^2	147	alkin	120
		sp^3–sp	146	allén	130
		sp^2–sp	143
		sp–sp	137

Hivatkozások

1. Handbook of Chemistry & Physics, 65th, CRC Press (1984). ISBN 0-8493-0465-2 
2. Fumio Toda (2000. április 1.). „Naphthocyclobutenes and Benzodicyclobutadienes: Synthesis in the Solid State and Anomalies in the Bond Lengths”. European Journal of Organic Chemistry 2000 (8), 1377–1386. o. [2012. június 29-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:<1377::AID-EJOC1377>3.0.CO;2-I 10.1002/(SICI)1099-0690(200004)2000:8<1377::AID-EJOC1377>3.0.CO;2-I. (Hozzáférés: 2018. augusztus 8.) 
3. Novoa J. J. (2001. július 2.). „Exceptionally Long (2.9 Å) C–C Bonds between [TCNE^− Ions: Two-Electron, Four-Center π^*–π^* C–C Bonding in π-[TCNE]₂^2−]”. Angewandte Chemie International Edition 40 (13), 2540–2545. o. [2012. június 29-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:<2540::AID-ANIE2540>3.0.CO;2-O 10.1002/1521-3773(20010702)40:13<2540::AID-ANIE2540>3.0.CO;2-O. (Hozzáférés: 2018. augusztus 8.) 
4. Lü J.-M. (2003). „Stable (Long-Bonded) Dimers via the Quantitative Self-Association of Different Cationic, Anionic, and Uncharged -Radicals: Structures, Energetics, and Optical Transitions”. J. Am. Chem. Soc. 125 (40), 12161–12171. o. DOI:10.1021/ja0364928. 
5. Suzuki S. (2006). „Aromaticity on the Pancake-Bonded Dimer of Neutral Phenalenyl Radical as Studied by MS and NMR Spectroscopies and NICS Analysis”. J. Am. Chem. Soc. 128 (8), 2530–2531. o. DOI:10.1021/ja058387z. 
6. Huntley D. R. (2005). „Squeezing C–C Bonds”. Angewandte Chemie International Edition 44 (46), 7549–7553. o. DOI:10.1002/anie.200502721. PMID 16259033. 
7. Martinez-Guajardo G. (2010). „Shorter Still: Compresing C–C Single Bonds”. Organic Letters, ASAP 12 (18), 4058. o. DOI:10.1021/ol101671m. 
8. Fox, Marye Anne. Organische Chemie: Grundlagen, Mechanismen, Bioorganische Anwendungen. Springer (1995). ISBN 978-3-86025-249-9 
9. Prof Chao-Jun Li, Ph.D. in lecture, March 2009 (needs citation)

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Bond length című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.