4.2. Строение этана

Этан является следующим по величине после метана алканом. Если соединить атомы этой молекулы ковалентными связями, следуя правилу о существовании одной связи (одна пара электронов) для каждого атома водорода и четырех связей (четыре пары электронов) для каждого атома углерода, то получается структура

Каждый атом углерода связан с тремя атомами водорода и другим атомом углерода.

Поскольку каждый углеродный атом связан с четырьмя другими атомами, его связывающие орбитали -орбитали) направлены к вершинам тетраэдра. Как и в случае метана, связи углерод — водород возникают благодаря перекрыванию этих -орбиталей с s-орбиталями водородов. Углерод-углеродная связь возникает в результате перекрывания двух -орбиталей.

Распределение электронов обеих связей — углерод-водородной и углерод-углеродной — одинаково и имеет цилиндрическую симметрию относительно линии, связывающей атомные ядра (рис. 4.1); благодаря такому сходству по форме связи имеют одинаковое название — -связи (сигма-связи).

Рис. 4.1. Молекула этана. Простая связь углерод — углерод: -связь.

Рис. 4.2. Молекула этана: форма и размеры.

В этане углы и длины углерод-водородных связей должны быть такими же, как в метане, т. е. приблизительно 109,5° (1,911 рад) и соответственно. Такая структура этана полностью подтверждена методом дифракции электронов и спектральными исследованиями; соответствующие измерения дали следующие значения для молекулы этана (рис. 4.2): углы связей 109,5° (1,911); длина связи ( и длина связи ). Аналогичные исследования показали, что эти величины с небольшими отклонениями характерны для углов связей и длин связей углерод — водород и углерод — углерод в алканах.