Definicja geometrii molekularnej w chemii

ANIMOWANA BIBLIOTEKA ZDJĘĆ / BIBLIOTEKA ZDJĘĆ NAUKOWYCH / GETTY

W chemii geometria molekularna opisuje trójwymiarowy kształt a cząsteczka i względne położenie jądra atomowe cząsteczki. Zrozumienie geometrii molekularnej cząsteczki jest ważne, ponieważ przestrzenny związek między atomem determinuje jego reaktywność, kolor, aktywność biologiczną, stan skupienia, polarność i inne właściwości.

Kluczowe wnioski: geometria molekularna

• Geometria molekularna to trójwymiarowy układ atomów i wiązań chemicznych w cząsteczce.
• Kształt cząsteczki wpływa na jej właściwości chemiczne i fizyczne, w tym kolor, reaktywność i aktywność biologiczną.
• Kąty wiązania pomiędzy sąsiednimi wiązaniami można wykorzystać do opisania ogólnego kształtu cząsteczki.

Kształty cząsteczek

Geometrię cząsteczki można opisać zgodnie z kątami wiązania utworzonymi między dwoma sąsiednimi wiązaniami. Typowe kształty prostych cząsteczek to:

Liniowy : Cząsteczki liniowe mają kształt linii prostej. Kąty wiązania w cząsteczce wynoszą 180°. Dwutlenek węgla (CO_dwa) i tlenek azotu (NO) są liniowe.

Kątowy : Cząsteczki kątowe, wygięte lub w kształcie litery V zawierają kąty wiązania mniejsze niż 180°. Dobrym przykładem jest woda (H_dwaO).

Planarny trygonalny : Trójkątne cząsteczki planarne tworzą mniej więcej trójkątny kształt w jednej płaszczyźnie. Kąty wiązania wynoszą 120°. Przykładem jest trifluorek boru (BF₃).

Czworościenny : Kształt czworościenny jest kształtem o czterech ścianach. Ten kształt występuje, gdy jeden centralny atom ma cztery wiązania. Kąty wiązania wynoszą 109.47°. Przykładem cząsteczki o kształcie czworościennym jest metan (CH₄).

Oktaedry : Kształt ośmiościenny ma osiem ścian i kąty wiązania 90°. Przykładem cząsteczki oktaedrycznej jest sześciofluorek siarki (SF₆).

Piramida trygonalna : Ten kształt cząsteczki przypomina piramidę o trójkątnej podstawie. Podczas gdy kształty liniowe i trygonalne są płaskie, kształt piramidy trygonalnej jest trójwymiarowy. Przykładową cząsteczką jest amoniak (NH₃).

Metody przedstawiania geometrii molekularnej

Zwykle tworzenie trójwymiarowych modeli cząsteczek jest niepraktyczne, zwłaszcza jeśli są one duże i złożone. W większości przypadków geometria cząsteczek jest reprezentowana w dwóch wymiarach, jak na rysunku na kartce papieru lub obracającym się modelu na ekranie komputera.

Niektóre typowe reprezentacje obejmują:

Model linii lub sztyftu : W tego typu modelach do reprezentowania są tylko patyki lub linie wiązania chemiczne są przedstawione. Kolory końców patyczków wskazują na tożsamość atomy , ale nie pokazano pojedynczych jąder atomowych.

Model piłki i kija : Jest to powszechny typ modelu, w którym atomy są pokazane jako kule lub kule, a wiązania chemiczne to patyczki lub linie łączące atomy. Często atomy są kolorowane, aby wskazać ich tożsamość.

Wykres gęstości elektronowej : Tutaj ani atomy, ani wiązania nie są wskazane bezpośrednio. Wykres jest mapą prawdopodobieństwa znalezienia elektron . Ten rodzaj reprezentacji nakreśla kształt cząsteczki.

Kreskówka : Kreskówki są używane dla dużych, złożonych cząsteczek, które mogą mieć wiele podjednostek , jak białka. Rysunki te pokazują lokalizację helis alfa, arkuszy beta i pętli. Poszczególne atomy i wiązania chemiczne nie są wskazane. Szkielet cząsteczki jest przedstawiony jako wstążka.

Izomery

Dwie cząsteczki mogą mieć ten sam wzór chemiczny, ale mają różne geometrie. Te cząsteczki są izomery . Izomery mogą mieć wspólne właściwości, ale często mają różne temperatury topnienia i wrzenia, różne aktywności biologiczne, a nawet różne kolory lub zapachy.

Jak określa się geometrię molekularną?

Trójwymiarowy kształt cząsteczki można przewidzieć na podstawie rodzajów wiązań chemicznych, jakie tworzy z sąsiednimi atomami. Prognozy są w dużej mierze oparte na elektroujemność różnice między atomami a ich stany utlenienia .

Empiryczna weryfikacja przewidywań pochodzi z dyfrakcji i spektroskopii. Krystalografia rentgenowska, dyfrakcja elektronów i dyfrakcja neutronów mogą być wykorzystywane do oceny gęstości elektronowej w cząsteczce i odległości między jądrami atomowymi. Spektroskopia Ramana, IR i mikrofalowa dostarcza danych na temat absorbancji drgań i rotacji wiązań chemicznych.

Geometria molekularna cząsteczki może się zmieniać w zależności od jej fazy materii, ponieważ wpływa to na relacje między atomami w cząsteczkach i ich relacje z innymi cząsteczkami. Podobnie geometria molekularna cząsteczki w roztworze może różnić się od jej kształtu jako gazu lub ciała stałego. W idealnym przypadku geometrię molekularną ocenia się, gdy cząsteczka znajduje się w niskiej temperaturze.

Źródła

• Chremos, Aleksandros; Douglas, Jack F. (2015). „Kiedy rozgałęziony polimer staje się cząstką?”. J.Chem. Fizyka . 143: 111104. doi: 10.1063/1.4931483
• Bawełna, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999). Zaawansowana chemia nieorganiczna (wyd. 6). Nowy Jork: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-19957-5
• McMurry, John E. (1992). Chemia organiczna (3rd ed.). Belmont: Wadsworth. ISBN 0-534-16218-5.