Характеристика и свойства молекулы дисульфид углерода

Министерство образования  и науки Российской Федерации

(МИНОБРНАУКИ РОССИИ)

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ (ТГУ)                        

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Квантовая химия»

на тему «Характеристика и свойства молекулы дисульфид углерода, ее конфигурации»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                      Выполнила                                                                                                                               студентка группы №_08002                                                                               

                                                                                  Проверила                                                                                                                                           доцент                                                                                                                                                             

                                                                                                                    

 

 

Пары серы взаимодействуют  с раскаленным углем с образованием дисульфида углерода CS₂(сероуглерода).

 С + 2S = CS₂ (при температуре 700-1000°С)

СS₂-сильное отравляющее вещество, может оказывать негативное воздействие на нервную систему и мозг. Ранее CS₂ производился путем прямого взаимодействия паров серы и кокса в железных или стальных ретортах при 700-1000°С, но с начала 1950-х гг. предпочтение отдается синтезу по каталитической реакции между серой и природным газом:

CH₄ + 4S ―>CS₂ + 2H₂S ( при температуре примерно 600°С и в присутствии силикагеля или Al₂O₃ ).

Мировое производство дисульфида серы в 1991 г. составило около 1 млн  т. Основное промышленное применение он находил в производстве вискозного шелка (30-35%), целлофановой пленки (15%), CCl₄ (15-30%).

CS₂ легко взаимодействует с водными щелочами с образование смеси M₂ CO₃ и тритиокарбоната М₂СS₃. Реакция с NH₃ приводит к дитиокарбамату аммония NH₄ [H₂NCS₂ ]; более жестких условиях в присутствии Al₂O₃ продуктом является NH₄CNS,который может при 160°С изомеризоваться в тиомочивину (NH₂)₂CS. Вода сама по себе реагирует с CS₂ неохотно: при 200°С образуется COS, при более высоких температурах – H₂S+CO₂; многие другие оксосоединения так же превращают CS₂ в COS, например MgO, SO₃, HSO₃Cl и мочевина. С водным NaOH/EtOH дисульфид углерода образует этилдитиокарбонат натрия:

СS₂ + NaOH +EtOH ―> Na[SC(S)OEt]

Если этанол заменить на целлюлозу, образуется ксантогенат целлюлозы, он растворяется в водном растворе щелочи с образование вязкого раствора (вискозы), из которого добавление кислоты можно получить искусственное волокно или целлофан.

 

Хлорирование CS₂, катализируемое Fe/FeCl₃, происходит в две стадии:

СS₂ + 3Cl₂ ―> CCl₄ + S₂Cl₂

CS₂ + 2S₂Cl₂ ―> CCl₂ + 6S

При использовании I2 в качестве катализатора основной продукт – перхлорметилтиол (Сl₃ CSCl). Состав продуктов с реакцией F₂ зависит от используемых условий, типичными продуктами являются: SF₄, S₂F6, S₂F₁₀, F₃CSF₅, F₂C(SF₃)₂.

CS₂ намного активнее, чем CO₂ в образовании комплексов и в реакциях внедрения. Эта область химии была открыта Дж.Уилкинсоном в 1966 г. когда было показано, что [Pt(Ph₃)₃ ] быстро и количественно реагирует с CS₂ при комнатной температуре с образование оранжевых игольчатых кристаллов [Pt(CS₂ )(PPh₃)₂ ], плавящихся при температуре 170°С. Рентгеноструктурным анализом была выявлена структура атома Pt в [Pt(CS₂)(PPh₃ )₃ ]. Геометрия изогнутого лиганда CS₂ похоже на геометрию молекулу  того же состава в первом возбужденном состоянии, и фрагмент CS₂ находится практически в одной плоскости с PtP2. Считается, что связывание обусловлено одноэлектронным переносом через атом Pt с верхней заполненной молекулярной пи-орбитали лиганда на его нижнюю разрыхляющую МО, при этом полагают что атом Pt° окисляется до Pt(ΙΙ). Однако существенное различие двух расстояний Pt-P и значительное отклонение углов у атома Pt от 90° подчеркивает непригодность простой теории локализованных связей для описания связывания в таких сложных частицах.

Сероуглерод (дисульфид углерода) CS₂. Бесцветная жидкость, под действием света разлагается, продукты разложения придают желтый цвет и неприятный запах. Молекула CS₂  линейна, длина связи С — S 0,15529 нм; энергия диссоциации равна 1149 кДж/моль. Температура плавления равна 111,9°С, а температура кипения 46,24°С. Плотность молекулы составляет 1,2927 г/см³ (0°С), 1,2630 г/см³ (20 °С). Твердый сероуглерод кристаллизуется в тетрагональную решетку (при - 185 °С). В инертной атмосфере сероуглерод заметно разлагается выше 300 °С с образованием графита и паров S. Легко воспламеняется на воздухе ниже 100 °С, горит с образованием СО₂ и SO₂. Растворимость сероуглерода в воде (грамм в 100 граммов): 0,26 (0°С), 0,19 (30°С). Гидролизуется водой выше 150°С с образованием СО₂, COS, H₂S. С этанолом, диэтиловым эфиром смешивается во всех соотношениях. Сероуглерод прекрасный растворитель жиров, масел, смол, каучуков, растворяет S, P, I₂. Дисульфид углерод при нулевой температуре по цельсию диэлектрическая проницаемость равна 1,0029, так что N_a = 0,0029. Плотность газа легко вычислить, а плотность жидкостей можно найти в справочниках. При 20°C плотность жидкого CS₂ в 381 раз выше плотности газа при 0°С. Это значит, что N в 381 раз больше в жидкости, чем в газе. Если сделать допущение, что исходная атомная поляризуемость дисульфида углерода не меняется при его конденсации в жидкое состояние. Следовательно, N_a в жидкости в 381 раз больше 0,0029, или равно 1,11.

Дисульфид углерода чрезвычайно легко воспламеняется и очень ядовит. Сероуглерод токсичен, поражает нервную и сердечнососудистую системы. При отравлении парами дисульфида углерода больного немедленно перевести в другое помещение, так как необходим свежий воздух, и тотчас же вызвать врача.  ПДК в воздухе рабочей зоны 1 мг/м³, в атмосферном воздухе 0,005 мг/м³. Хранят сероуглерод под слоем воды.

В молекуле дисульфида углерода каждая из связей полярна, а молекула в целом неполярна (μ=0), т.к. молекула S=C=S линейна и дипольный момент  связей C=S компенсируют друг друга.

Атом углерода содержит в  нормальном состоянии всего два  неспаренных электрона. Для образования  четырех связей с двумя атомами  серы необходимо перевести один s-электрон на р-подуровень, что возможно при энергетическом возбуждении атома углерода при взаимодействии с атомами серы: С  

                       S  

Т.к. каждая связь между  атомами серы и углерода двойная (одна сигма и одна пи), для образования двух пи связей потребуется участие двух р-орбиталей атома углерода. Оставшийся s- и p-орбитали дают две гибридные орбитали вида sp, образующие углы в 180°. Молекула CS2 имеет линейное строение, дипольный момент молекулы равен нулю.

S=C=S;                               sp-гибридизация

                                          

 

 

 

 

 

 

 

                                  sp²-гибридизация-не существует

 

 

 

 

 

 

                                         sp³-гибридизация- не существует.

Образования ∏- связи не возможно.

 

 

                

 

Т.к. молекула дисульфида углерода линейная - содержит 2 гибридных и 2 негибридных  р-орбитали участвующих в химической связи для них характерен нулевой  дипольный момент.

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1. Третьяков Ю.Д., Олейников Н.Н. Общая химия.: Изд. «Просвещение», 1984.

2. Беляева И.И., Сутягина Е.И., Шелепина В.Л. Задачи и упражнения по общей и неорганической химии.―М.:Просвящение, 1989

3. Глинка Н.Л. Общая  химия. Л.: Химия, 1987 *.

6. Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия. СПб.: Химия, 1995.

7. Гроссе Э., Вайсмантель  Х. Химия для любознательных. Основы  химии и занимательные опыты.  Пер. с нем., 2-е русск. Изд. ―Л.: Химия, 1985.