Molekulinės geometrijos įvadas
Trimatis atomų išsidėstymas molekulėje
Daugumoje molekulinių modelių rinkinių yra tinkami atomų jungties kampai, kad galėtumėte matyti molekulių geometriją, kai jas gaminate. Grzegorz Tomasiuk / EyeEm / Getty Images
Molekulinė geometrija arba molekulinė struktūra – tai trimatis atomų išsidėstymas molekulėje. Svarbu mokėti nuspėti ir suprasti molekulės molekulinę struktūrą, nes daugelį medžiagos savybių lemia jos geometrija. Šių savybių pavyzdžiai yra poliškumas, magnetizmas, fazė, spalva ir cheminis reaktyvumas. Molekulinė geometrija taip pat gali būti naudojama prognozuojant biologinį aktyvumą, kuriant vaistus ar iššifruojant molekulės funkciją.
Valence Shell, klijavimo poros ir VSEPR modelis
Molekulės trimatę struktūrą lemia jos valentiniai elektronai, o ne branduolys ar kiti elektronai atomuose. Tolimiausi atomo elektronai yra jo valentiniai elektronai . Valentiniai elektronai yra dažniausiai dalyvaujantys elektronai formuojant ryšius ir molekulių gamyba .
Elektronų poros dalijasi tarp molekulės atomų ir laiko atomus kartu. Šios poros vadinamos jungiamosios poros “.
Vienas iš būdų nuspėti kelią elektronai atomuose atstums vienas kitą, tai taikyti VSEPR (valentinės apvalkalo elektronų poros atstūmimo) modelį. VSEPR gali būti naudojamas bendrai molekulės geometrijai nustatyti.
Molekulinės geometrijos numatymas
Čia yra diagrama, kurioje aprašoma įprasta molekulių geometrija, pagrįsta jų sukibimo elgesiu. Norėdami naudoti šį raktą,pirmasis burtasiš Lewiso struktūra už molekulę. Suskaičiuokite, kiek yra elektronų porų, įskaitant abi jungiamosios poros ir vienišos poros . Dvigubas ir trigubas ryšius traktuokite taip, lyg tai būtų vienos elektronų poros. A naudojamas centriniam atomui pavaizduoti. B žymi atomus, supančius A. E – vienišų elektronų porų skaičių. Ryšio kampai prognozuojami tokia tvarka:
vienišos poros ir vienišos poros atstūmimas > vienišos poros prieš surišančios poros atstūmimas > susiejančios poros atstūmimas jungiamosios poros atstūmimas
Molekulinės geometrijos pavyzdys
Linijinės molekulinės geometrijos molekulėje aplink centrinį atomą yra dvi elektronų poros, 2 jungiamųjų elektronų poros ir 0 vienišų porų. Idealus sujungimo kampas yra 180°.
| Geometrija | Tipas | Elektronų porų skaičius | Idealus sukibimo kampas | Pavyzdžiai |
| linijinis | ABdu | du | 180° | BeCldu |
| trikampė plokštuma | AB3 | 3 | 120° | BF3 |
| tetraedrinis | AB4 | 4 | 109,5° | CH4 |
| trigonalinis bipiramidinis | AB5 | 5 | 90°, 120° | PCl5 |
| aštuonkampis | AB6 | 6 | 90° | SF6 |
| sulenktas | ABduIR | 3 | 120° (119°) | TAIPdu |
| trigonalinė piramidinė | AB3IR | 4 | 109,5° (107,5°) | NH3 |
| sulenktas | ABduIRdu | 4 | 109,5° (104,5°) | HduO |
| sūpykla | AB4IR | 5 | 180°, 120° (173,1°, 101,6°) | SF4 |
| T formos | AB3IRdu | 5 | 90°, 180° (87,5°,<180°) | ClF3 |
| linijinis | ABduIR3 | 5 | 180° | XeFdu |
| kvadratinė piramidė | AB5IR | 6 | 90° (84,8°) | BrF5 |
| kvadratinė plokštuma | AB4IRdu | 6 | 90° | XeF4 |
Izomerai molekulinėje geometrijoje
Tos pačios cheminės formulės molekulėse atomai gali būti išdėstyti skirtingai. Molekulės vadinamos izomerai . Izomerai gali turėti labai skirtingas savybes vienas nuo kito. Yra įvairių tipų izomerų:
- Konstitucinis arba struktūriniai izomerai turi tas pačias formules, bet atomai nėra sujungti vienas su kitu tuo pačiu vandeniu.
- Stereoizomerai turi tas pačias formules, o atomai yra sujungti ta pačia tvarka, tačiau atomų grupės sukasi aplink jungtį skirtingai, kad gautų chiralumą arba rankiškumą. Stereoizomerai skirtingai poliarizuoja šviesą vienas nuo kito. Biochemijoje jie linkę rodyti skirtingą biologinį aktyvumą.
Eksperimentinis molekulinės geometrijos nustatymas
Galite naudoti Lewis struktūras, kad nuspėtumėte molekulinę geometriją, tačiau geriausia šias prognozes patikrinti eksperimentiškai. Molekulėms vaizduoti ir sužinoti apie jų virpesių ir sukimosi absorbciją galima naudoti kelis analizės metodus. Pavyzdžiai: rentgeno kristalografija, neutronų difrakcija, infraraudonųjų spindulių (IR) spektroskopija, Ramano spektroskopija, elektronų difrakcija ir mikrobangų spektroskopija. Geriausias struktūros nustatymas atliekamas esant žemai temperatūrai, nes padidinus temperatūrą molekulėms suteikiama daugiau energijos, o tai gali sukelti konformacijos pokyčius. Medžiagos molekulinė geometrija gali skirtis priklausomai nuo to, ar mėginys yra kietas, skystas, dujinis, ar tirpalo dalis.
Molekulinės geometrijos pagrindiniai dalykai
- Molekulinė geometrija apibūdina atomų trimatį išsidėstymą molekulėje.
- Duomenys, kuriuos galima gauti iš molekulės geometrijos, apima santykinę kiekvieno atomo padėtį, jungties ilgį, jungties kampus ir sukimo kampus.
- Numatant molekulės geometriją galima numatyti jos reaktyvumą, spalvą, medžiagos fazę, poliškumą, biologinį aktyvumą ir magnetizmą.
- Molekulinę geometriją galima numatyti naudojant VSEPR ir Lewis struktūras ir patikrinti naudojant spektroskopiją ir difrakciją.
Nuorodos
- Cotton, F. Albert; Wilkinsonas, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999), Advanced Neorganic Chemistry (6 leidimas), Niujorkas: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5.
- McMurry, John E. (1992), Organic Chemistry (3 leidimas), Belmont: Wadsworth, ISBN 0-534-16218-5.
- Miessler G.L. ir Tarr D.A. Neorganinė chemija (2-asis leidimas, Prentice-Hall 1999), p. 57-58.