คาร์บอนไดอะตอมิก

ชื่อ
ชื่อ IUPAC คาร์บอนไดอะตอมิก
ชื่อตามระบบ IUPAC เอทินีดิลิดีน (แทนที่) ไดคาร์บอน ( C — C ) (เพิ่มเติม)
ตัวระบุ
หมายเลข CAS	12070-15-4 เอ็น
โมเดล 3 มิติ ( JSmol )	ภาพแบบโต้ตอบ
ชอีบี	เชบี:30083
เคมสไปเดอร์	122807 วาย
อ้างอิง Gmelin	196
PubChem CID	139247
แดชบอร์ด CompTox ( EPA )	DTXSID101027115
อินชิ InChI=1S/C2/c1-2 วาย คีย์: LBVWYGNGGJURHQ-UHFFFAOYSA-N วาย
รอยยิ้ม [C]=[C]
คุณสมบัติ
สูตรเคมี	ซี2
มวลโมลาร์	24.022  กรัม·โมล−1
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25 °C [77 °F] ความดัน 100 kPa) ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล

คาร์บอนไดอะตอมิก (เรียกอย่างเป็นระบบว่าไดคาร์บอนและ1λ ² ,2λ ² -อีเทน ) เป็นสารเคมีอนินทรีย์ สีเขียวที่เป็นก๊าซ มีสูตรเคมี C=C (เขียนอีกแบบว่า [C ₂ ] หรือ C ₂ ) มันไม่เสถียรทางจลนศาสตร์ที่อุณหภูมิและความดันแวดล้อม และถูกกำจัดออกไปโดยการเกิดพอลิเม อไรเซ ชันเอง มันเกิดขึ้นในไอของคาร์บอน เช่น ในอาร์คไฟฟ้าในดาวหางบรรยากาศของดาวฤกษ์และตัวกลางระหว่างดาวฤกษ์และในเปลวไฟไฮโดรคาร์บอนสีน้ำเงิน^{[ 1 ]} คาร์บอนไดอะตอมิกเป็นอัลโลโทรปที่ง่ายที่สุดเป็นอันดับสองของคาร์บอน (รองจากคาร์บอนอะตอมิก ) และเป็นตัวกลางในการกำเนิดของฟูลเลอรีน

C ₂เป็นส่วนประกอบของไอน้ำคาร์บอน เอกสารฉบับหนึ่งประมาณการว่าไอน้ำคาร์บอนมีโมเลกุลคู่ประมาณ 28% ^{[ 2 ]}แต่ในทางทฤษฎีแล้วขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน

อิเล็กตรอนในโมเลกุลคาร์บอนแบบสองอะตอมจะกระจายตัวอยู่ในออร์บิทัลโมเลกุลตามหลักการเอาฟ์เบา (Aufbau principle)เพื่อสร้างสถานะควอนตัมที่ไม่ซ้ำกัน โดยมีระดับพลังงานที่สอดคล้องกัน สถานะที่มีระดับพลังงานต่ำที่สุด หรือสถานะพื้นฐาน คือสถานะซิงเกล็ต ( ¹ Σ )⁺ _g) ซึ่งมีชื่อเรียกอย่างเป็นระบบว่า เอทิน-1,2-ไดอิลิดีน หรือ ไดคาร์บอน(0•) มีสถานะซิงเกล็ตและทริปเล็ตที่ถูกกระตุ้นหลายสถานะซึ่งมีพลังงานค่อนข้างใกล้เคียงกับสถานะพื้นฐาน และเป็นส่วนประกอบสำคัญของตัวอย่างไดคาร์บอนภายใต้สภาวะแวดล้อม เมื่อสถานะที่ถูกกระตุ้นส่วนใหญ่เหล่านี้เกิดการผ่อนคลายทางเคมีแสง พวกมันจะปล่อยแสงในย่านอินฟราเรดของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม มีสถานะหนึ่งโดยเฉพาะที่ปล่อยแสงในย่านสีเขียว สถานะนั้นคือสถานะทริปเล็ต ( ³ Π _g ) ซึ่งมีชื่อเรียกอย่างเป็นระบบว่า เอทิน-μ,μ-ไดอิล-μ-อิลิดีน หรือ ไดคาร์บอน(2•) นอกจากนี้ยังมีสถานะที่ถูกกระตุ้นซึ่งมีพลังงานห่างจากสถานะพื้นฐานเล็กน้อย ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของตัวอย่างไดคาร์บอนภายใต้การฉายรังสีอัลตราไวโอเลตช่วงกลางเท่านั้น เมื่อเกิดการผ่อนคลาย สถานะที่ถูกกระตุ้นนี้จะเรืองแสงในย่านสีม่วงและเปล่งแสงฟอสฟอเรสเซสในย่านสีน้ำเงิน สถานะนี้ยังเป็นสถานะซิงเกล็ต ( ¹ Π _g ) ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าอีเทน-μ,μ-ไดอิล-μ-อิลิดีน หรือไดคาร์บอน(2•)

สถานะ	เอนทาลปีการกระตุ้น(kJ mol −1 )	การเปลี่ยนผ่านสู่การผ่อนคลาย	ความยาวคลื่นการผ่อนคลาย	บริเวณผ่อนคลาย EM
X 1 Σ+ g	0	–	–	–
3 Π​คุณ	8.5	3 Π​คุณ→ X 1 Σ+ g	14.0 ไมโครเมตร	อินฟราเรดคลื่นยาว
b 3 Σ− g	77.0	b 3 Σ− g→ a 3 Πคุณ	1.7 ไมโครเมตร	อินฟราเรดคลื่นสั้น
เอ1 Πคุณ	100.4	เอ1 Πคุณ→ X 1 Σ+ gเอ1 Πคุณ→ b 3 Σ− g	1.2 μm 5.1 μm	อินฟราเรด ใกล้ อินฟราเรดช่วงคลื่นกลาง
บี1 Σ+ g	?	บี1 Σ+ g→ A 1 Πคุณบี1 Σ+ g→ a 3 Πคุณ	? ?	? ?
c 3 Σ+ u	159.3	c 3 Σ+ u→ b 3 Σ− gc 3 Σ+ u→ X 1 Σ+ gc 3 Σ+ u→ B 1 Σ+ g	1.5 μm 751.0 nm ?	อินฟราเรดคลื่นสั้นอินฟราเรดใกล้?
d 3 Πจี	239.5	d 3 Πจี→ a 3 Πคุณd 3 Πจี→ c 3 Σ+ ud 3 Πจี→ A 1 Πคุณ	518.0 นาโนเมตร1.5 ไมโครเมตร860.0 นาโนเมตร	สีเขียวอินฟราเรดคลื่นสั้น อินฟราเรดใกล้
C 1 Πจี	409.9	C 1 Πจี→ A 1 ΠคุณC 1 Πจี→ a 3 ΠคุณC 1 Πจี→ c 3 Σ+ u	386.6 นาโนเมตร298.0 นาโนเมตร477.4 นาโนเมตร	สีม่วงกลาง อัลตร้าไวโอเลตสีน้ำเงิน

ทฤษฎีออร์บิทัลโมเลกุลแสดงให้เห็นว่ามีอิเล็กตรอนคู่สองชุดในชุดออร์บิทัลพันธะไพที่เสื่อมสภาพ ซึ่งให้ลำดับพันธะเท่ากับ 2 หมายความว่าควรมีพันธะคู่ระหว่างอะตอมคาร์บอนสองอะตอมในโมเลกุล_C2 ^{[ 3 ]}การวิเคราะห์หนึ่งแนะนำว่ามีพันธะสี่เท่าแทน^{[ 4 ]}ซึ่งเป็นการตีความที่ถูกโต้แย้ง^{[ 5 ]} การคำนวณ CASSCFบ่งชี้ว่าพันธะสี่เท่าตามทฤษฎีออร์บิทัลโมเลกุลก็สมเหตุสมผลเช่นกัน^{[ 3 ]}พลังงานการสลายพันธะ (BDE) ของB2 , C2 _และ N2 แสดงให้เห็นว่า BDE เพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งชี้ถึง_{พันธะ}เดี่ยว พันธะคู่และพันธะ_สามตามลำดับ

ในคาร์บอนผลึกบางรูปแบบ เช่นเพชรและกราไฟต์จุดอานม้าหรือ "เนิน" เกิดขึ้นที่ตำแหน่งพันธะในความหนาแน่นของประจุ สถานะทริปเล็ตของ C ₂เป็นไปตามแนวโน้มนี้ อย่างไรก็ตาม สถานะซิงเกล็ตของ C _{2 มีลักษณะคล้ายกับ} ซิลิคอนหรือเจอร์มาเนียมมากกว่ากล่าวคือ ความหนาแน่นของประจุมีค่าสูงสุดที่ตำแหน่งพันธะ^{[ 6 ]}

คาร์บอนไดอะตอมิกจะทำปฏิกิริยากับอะซิโตนและอะเซทัลดีไฮด์เพื่อผลิตอะเซทิลีนโดยสองเส้นทางที่แตกต่างกัน^{[ 2 ]}

• โมเลกุล C ₂ ทริปเล็ตจะทำปฏิกิริยาผ่านเส้นทางระหว่างโมเลกุล ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามีลักษณะเป็นไดแรดิคัล ตัวกลางสำหรับเส้นทางนี้คือแรดิคัลเอทิลีน การดึงออกของมันมีความสัมพันธ์กับพลังงานพันธะ^{[ 2 ]}
• โมเลกุล ซิงเกล็ต C ₂จะทำปฏิกิริยาผ่านเส้นทางภายในโมเลกุลที่ไม่ใช่แบบอนุมูลอิสระ โดยที่อะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมจะถูกดึงออกจากโมเลกุลหนึ่ง โมเลกุลตัวกลางสำหรับเส้นทางนี้คือซิงเกล็ตไวนิลิดีนปฏิกิริยาซิงเกล็ตสามารถเกิดขึ้นได้ผ่านการดึงอะตอม 1,1 หรือ 1,2 ปฏิกิริยานี้ไม่ไวต่อการแทนที่ไอโซโทป การดึงอะตอมที่แตกต่างกันอาจเกิดจากทิศทางเชิงพื้นที่ของการชนกันมากกว่าพลังงานพันธะ^{[ 2 ]}
• _{โมเลกุล C2}ที่เป็นซิงเกล็ตจะทำปฏิกิริยากับแอลคีน ได้เช่นกัน โดย อะเซทิลีนเป็นผลิตภัณฑ์หลัก อย่างไรก็ตาม ดูเหมือนว่า C2 _จะแทรกเข้าไปในพันธะคาร์บอน-ไฮโดรเจนด้วย
• C ₂มีโอกาสแทรกเข้าไปในหมู่เมทิลมากกว่าหมู่เมทิลีนถึง 2.5 เท่า ^{[ 7 ]}
• มีการถกเถียงกันถึงความเป็นไปได้ของการสังเคราะห์ทางเคมีที่อุณหภูมิห้องผ่านทางอัลคินิล-λ ^{3 -}ไอโอเดน^{[ 8 ] [ 9 ]}

แสงของดาวหางที่มีก๊าซมากส่วนใหญ่เกิดจากการปล่อยคาร์บอนไดอะตอมิก ตัวอย่างเช่นC/2014 Q2 (Lovejoy)ซึ่งมีเส้นแสง C ₂ หลายเส้น ส่วนใหญ่อยู่ในสเปกตรัมที่มองเห็นได้^{[ 10 ]}ก่อให้เกิดแถบSwan [ ^{11 ]} C/2022 E3 (ZTF)ซึ่งมองเห็นได้ในช่วงต้นปี 2023 ก็แสดงสีเขียวเนื่องจากการมีอยู่ของคาร์บอนไดอะตอมิกเช่น^{กัน[ 12 ]}

• อะเซทิลิด – สารเคมีที่เกี่ยวข้องที่มีสูตรเคมีC²⁻ ₂