Катенация (химия)

Катенация (от лат. catena – цепь) — способность атомов одного и того же химического элемента образовывать разветвлённые и неразветвлённые цепи (гомоцепи). Гипотеза о катенации атомов углерода была впервые выдвинута А. Кекуле и А. Купером в 1858 году, указавшими на способность атомов углерода при насыщении своих «единиц сродства» образовывать цепи. Это механическое учение о соединении атомов в цепи с образованием молекул легло в основу теории химического строения А. М. Бутлерова (1861).

Катенация в подгруппе углерода

Катенация происходит наиболее легко между атомами углерода, которые посредством ковалентных связей соединяются друг с другом с образованием длинных цепочек, как открытых, так и замкнутых в кольца. Именно явление катенации объясняет наличие в природе огромного количества органических веществ; основу подавляющего большинства таких соединений составляют цепочки атомов углерода, к которым присоединяются разного рода функциональные группы. Помимо углерода, ряд других элементов также проявляет способность к катенации, но значительно более слабую. Способность к катенеции коррелирует с энергией связи между атомами одного элемента, а также зависит от целого ряда стерических и электронных факторов, в том числе от электроотрицательности элемента, типа гибридизации молекулярных орбиталей и от способности к образованию различных видов ковалентных связей. В подгруппе углерода склонность к катенации быстро снижается в ряду: C ≫ Si > Ge ≈ Sn ≫ Pb Длинноцепочечные соединения углерода и водорода — алканы, являются стабильными и инертными соединениями, в то время как аналогичные соединения кремния — силаны, самовоспламеняются на воздухе, поскольку в их случае энергия активации гораздо ниже.

Катенация в других группах

Многие неметаллы образуют молекулы с достаточно устойчивой связью типа X—X (Cl₂, N₂H₄, H₂O₂ и так далее), но более длинные цепочки встречаются относительно редко. Кислород не образует цепочек более чем из трех атомов. Высокой способностью к катенации отличается сера. В виде простого вещества наиболее стабильной формой являются циклические молекулы S₈; малоустойчивая модификация пластическая сера состоит из хаотично расположенных гомоцепей, число атомов серы в которых может достигать нескольких тысяч. Хорошо изучены сульфаны H₂S_n (n=2-23) и их производные, в частности полисульфиды. К катенации так же способен атом бора, который, в отличие от углерода, образует кластеры, а не цепочки.

См. также

• Конкатенация
• Макромолекула

Литература

• Джеймс Хьюи. Неорганическая химия. Строение вещества и реакционная способность / пер. с анг./под ред. Б. Д. Степина, Р. А. Лидина. — М.: Химия, 1987. — С. 465—466. — 696 с.
• Cotton F.A., Wilkinson G. Advanced inorganic chemistry: a comprehensive text. — Third Edition, completely revised from the original literature. — Interscience Publishers, 1972. — С. 309-310. — ISBN 0-471-17560-9.