Tlenek węgla(II) – struktura cząsteczki

Tlenek węgla(II), nazywany czadem, to substancja o budowie bardziej skomplikowanej niż wielu z Was przypuszcza.

Na poziomie szkoły podstawowej uczeń znający klasyczne pojęcie wartościowości przewidzi jego strukturę tak, jak widać na lewej stronie grafiki. Nie wyprowadzamy uczniów z tego błędu, gdyż na tym etapie edukacyjnym bardzo ważna jest prostota.

Tymczasem cząsteczka ta ma aż trzy struktury rezonansowe – z wiązaniem pojedynczym, podwójnym i potrójnym.

Struktura z wiązaniem potrójnym jest najbardziej trwała, na co wskazują wyniki pomiarów długości wiązania między węglem a tlenem – 112,8 pm (bardzo podobne do długości wiązania w cząsteczce azotu – 109,8 pm). W tej strukturze (widocznej po prawej stronie grafiki) tlenek węgla(II) ma budowę izoelektronową z cząsteczką azotu (N₂), anionem cyjankowym (CN^-) oraz kationem nitrozylowym (NO⁺).

Dlaczego zatem tlenek węgla(II) jest dużo bardziej reaktywny od azotu? Tłumaczyć to można faktem, że w odróżnieniu od cząsteczki azotu, widoczna po prawej stronie grafiki dominująca struktura rezonansowa tego związku jest dipolem. Jedno z widocznych wiązań jest donorowo-akceptorowe, co powoduje, że na atomie węgla znajduje się formalny ładunek ujemny, a na atomie tlenu – dodatni. Zwiększa to znacząco reaktywność tego związku.

Aby ułożyć tlenek węgla(II) na poziomie ucznia szkoły podstawowej potrzebujesz zestawów do chemii nieorganicznej dla szkoły podstawowej – podstawowego lub rozszerzonego. Jeżeli jednak chcesz ułożyć tę molekułę na poziomie licealnym, to niezbędny jest zestaw do chemii nieorganicznej Lewisa.

Łukasz Aranowski
11 grudnia 2022