Uvod v molekularno geometrijo
Tridimenzionalna razporeditev atomov v molekuli
Večina kompletov molekularnih modelov vključuje ustrezne vezne kote za atome, tako da lahko vidite molekularno geometrijo molekul, ko jih izdelujete. Grzegorz Tomasiuk / EyeEm / Getty Images
Molekularna geometrija ali molekularna struktura je tridimenzionalna razporeditev atomov znotraj molekule. Pomembno je, da lahko napovemo in razumemo molekularno strukturo molekule, ker so številne lastnosti snovi določene z njeno geometrijo. Primeri teh lastnosti vključujejo polarnost, magnetizem, fazo, barvo in kemično reaktivnost. Molekularna geometrija se lahko uporablja tudi za napovedovanje biološke aktivnosti, načrtovanje zdravil ali dešifriranje delovanja molekule.
Valenčna lupina, vezni pari in model VSEPR
Tridimenzionalno strukturo molekule določajo njeni valenčni elektroni, ne njeno jedro ali drugi elektroni v atomih. Zunanji elektroni atoma so njegovi valenčni elektroni . Valenčni elektroni so elektroni, ki so najpogosteje vključeni pri oblikovanju vezi in izdelava molekul .
Pari elektronov se delijo med atomi v molekuli in držijo atome skupaj. Ti pari se imenujejo ' vezni pari '.
En način za napovedovanje poti elektroni znotraj atomov se bodo odbijali, je uporaba modela VSEPR (odboj valenčne lupine elektronskega para). VSEPR se lahko uporablja za določitev splošne geometrije molekule.
Napovedovanje molekularne geometrije
Tukaj je diagram, ki opisuje običajno geometrijo molekul na podlagi njihovega vezivnega obnašanja. Če želite uporabiti ta ključ,prvo žrebanjeven Lewisova struktura za molekulo. Preštejte, koliko elektronskih parov je prisotnih, vključno z obema vezni pari in osamljeni pari . Dvojne in trojne vezi obravnavajte kot enojne elektronske pare. A se uporablja za predstavitev osrednjega atoma. B označuje atome, ki obdajajo A. E označuje število osamljenih elektronskih parov. Vezni koti so predvideni v naslednjem vrstnem redu:
osamljeni par proti osamljenemu paru odboj > osamljeni par proti veznemu paru odboj > vezni par proti odboj veznega para
Primer molekularne geometrije
Okoli osrednjega atoma v molekuli z linearno molekularno geometrijo sta dva elektronska para, 2 vezna elektronska para in 0 osamljenih parov. Idealen vezni kot je 180°.
| Geometrija | Vrsta | Število elektronskih parov | Idealen vezni kot | Primeri |
| linearni | ABdva | dva | 180° | BeCldva |
| trigonalna ravnina | AB3 | 3 | 120° | BF3 |
| tetraedričen | AB4 | 4 | 109,5° | CH4 |
| trigonalno bipiramidalno | AB5 | 5 | 90°, 120° | PCl5 |
| oktoedričen | AB6 | 6 | 90° | SF6 |
| upognjen | ABdvaIN | 3 | 120° (119°) | SOdva |
| trigonalno piramidalno | AB3IN | 4 | 109,5° (107,5°) | NH3 |
| upognjen | ABdvaINdva | 4 | 109,5° (104,5°) | HdvaO |
| nihalka | AB4IN | 5 | 180°,120° (173,1°,101,6°) | SF4 |
| T-oblika | AB3INdva | 5 | 90°,180° (87,5°,<180°) | ClF3 |
| linearni | ABdvaIN3 | 5 | 180° | XeFdva |
| kvadratna piramida | AB5IN | 6 | 90° (84,8°) | BrF5 |
| kvadratna ravnina | AB4INdva | 6 | 90° | XeF4 |
Izomeri v molekularni geometriji
Molekule z enako kemijsko formulo imajo lahko atome različno razporejene. Molekule imenujemo izomeri . Izomeri imajo lahko med seboj zelo različne lastnosti. Obstajajo različne vrste izomerov:
- Ustavno oz strukturni izomeri imajo enake formule, vendar atomi med seboj niso povezani z isto vodo.
- Stereoizomeri imajo enake formule, pri čemer so atomi vezani v istem vrstnem redu, vendar se skupine atomov vrtijo okoli vezi drugače, da povzročijo kiralnost ali ročnost. Stereoizomeri različno polarizirajo svetlobo drug od drugega. V biokemiji se nagibajo k različni biološki aktivnosti.
Eksperimentalno določanje molekularne geometrije
Lewisove strukture lahko uporabite za napovedovanje molekularne geometrije, vendar je najbolje, da te napovedi preverite eksperimentalno. Za slikanje molekul in spoznavanje njihove vibracijske in rotacijske absorbance je mogoče uporabiti več analitičnih metod. Primeri vključujejo rentgensko kristalografijo, nevtronsko difrakcijo, infrardečo (IR) spektroskopijo, Ramanovo spektroskopijo, elektronsko difrakcijo in mikrovalovno spektroskopijo. Najboljša določitev strukture je narejena pri nizki temperaturi, ker zvišanje temperature daje molekulam več energije, kar lahko povzroči spremembe konformacije. Molekularna geometrija snovi je lahko različna glede na to, ali je vzorec trdna snov, tekočina, plin ali del raztopine.
Ključni povzetki molekularne geometrije
- Molekularna geometrija opisuje tridimenzionalno razporeditev atomov v molekuli.
- Podatki, ki jih je mogoče pridobiti iz geometrije molekule, vključujejo relativni položaj vsakega atoma, dolžine vezi, vezne kote in torzijske kote.
- Napovedovanje geometrije molekule omogoča napovedovanje njene reaktivnosti, barve, faze snovi, polarnosti, biološke aktivnosti in magnetizma.
- Molekularno geometrijo je mogoče predvideti z uporabo VSEPR in Lewisovih struktur ter preveriti s spektroskopijo in difrakcijo.
Reference
- Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999), Advanced Anorganic Chemistry (6. izdaja), New York: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5.
- McMurry, John E. (1992), Organic Chemistry (3rd ed.), Belmont: Wadsworth, ISBN 0-534-16218-5.
- Miessler G.L. in Tarr D.A. Anorganska kemija (2. izdaja, Prentice-Hall 1999), str. 57-58.