Бутен-1: формула и особенности строения

Бутен-1 представляет собой бесцветный газообразный углеводород, относящийся к классу алкенов. Это один из четырех изомеров состава C4H8, имеющих в структуре двойную углерод-углеродную связь.

I. Молекулярная формула бутена-1

Молекулярная формула бутена-1 записывается как C4H8. Это означает, что в состав молекулы входит 4 атома углерода и 8 атомов водорода.

Эмпирическая формула бутена-1 совпадает с молекулярной и также равна C4H8. Эмпирическая формула показывает простейшее целочисленное соотношение атомов в молекуле.

Структурная формула бутена-1 имеет вид:

Из структурной формулы видно, что атомы углерода образуют линейную цепь, к которой присоединены атомы водорода. Между первым и вторым атомами углерода располагается двойная связь.

Отличие от изомеров C4H8

Помимо бутена-1, существуют и другие соединения состава C4H8, являющиеся его изомерами. Это, в частности, 2-бутен, изобутен и цис-/транс-изомеры 2-бутена. У всех изомеров одинаковый состав, но различное расположение атомов в молекуле и, как следствие, разные свойства.

Молекулярная масса

Молекулярная масса бутена-1 равна:

• 4 атома углерода с массой 12 а.е.м. - 4*12 = 48 а.е.м.
• 8 атомов водорода с массой 1 а.е.м. - 8*1 = 8 а.е.м.

Итого: 48 + 8 = 56 а.е.м.

Молекулярная масса одинакова для всех изомеров бутена и равна 56 а.е.м. или г/моль.

Агрегатное состояние

При нормальных условиях бутен-1 представляет собой бесцветный газ с характерным запахом. Температура кипения бутена-1 составляет -6,3°С. Это означает, что в жидком состоянии он находится в интервале температур от -6,3°С до -185,3°С (температура плавления).

II. Строение молекулы бутена-1

Рассмотрим подробнее особенности строения молекулы бутена-1, которые обуславливают ее химические и физические свойства.

sp2-гибридизация атомных орбиталей

Атомы углерода в молекуле бутена-1 находятся в состоянии sp2-гибридизации. Это означает, что один из p-орбиталей каждого атома углерода перекрывается с негибридизованной s-орбиталью и образует три sp2-гибридные орбитали. Именно по этим орбиталям атомы углерода образуют σ-связи с соседними атомами.

Сигма- и пи-связи

В молекуле бутена-1 присутствуют два типа связей:

1. σ-связи (сигма) - осуществляются по sp2-гибридным орбиталям, прочные и локализованные;
2. π-связи (пи) - осуществляются по p-орбиталям, менее прочные и делокализованные.

Двойная связь между первым и вторым атомами углерода образована за счет σ- и π-связей. π-связь придает двойной связи дополнительную прочность по сравнению с одинарной σ-связью.

Остальные одинарные связи C-C и C-H являются исключительно σ-связями.

Геометрия молекулы

Из-за наличия sp2-гибридизации в атомах углерода, образующих двойную связь, эти атомы и связанные с ними атомы находятся в одной плоскости. Валентный угол при атомах углерода составляет 120°, а C-C-H и H-C-H - 109,5°.

В молекуле бутена-1 можно выделить две части: плоскую в области двойной связи и неплоскую в области одинарных связей. Вокруг одинарных связей возможно вращение.

Полярность связей

В молекуле бутена-1 присутствуют исключительно неполярные связи:

• C-H
• C-C
• C=C

Это обусловлено тем, что разность электроотрицательностей атомов углерода и водорода невелика. Поэтому в целом молекула бутена-1 является неполярной.