Definícia molekulárnej geometrie v chémii

ANIMOVANÁ HEALTHCARE LTD/VEDECKÁ FOTOGRAFIA/Getty Images

v chémii, molekulárna geometria opisuje trojrozmerný tvar a molekula a relatívnu polohu atómové jadrá molekuly. Pochopenie molekulárnej geometrie molekuly je dôležité, pretože priestorový vzťah medzi atómom určuje jeho reaktivitu, farbu, biologickú aktivitu, stav hmoty, polaritu a ďalšie vlastnosti.

Kľúčové poznatky: Molekulárna geometria

• Molekulárna geometria je trojrozmerné usporiadanie atómov a chemických väzieb v molekule.
• Tvar molekuly ovplyvňuje jej chemické a fyzikálne vlastnosti vrátane farby, reaktivity a biologickej aktivity.
• Väzbové uhly medzi susednými väzbami možno použiť na opis celkového tvaru molekuly.

Tvary molekúl

Molekulová geometria môže byť opísaná podľa väzbových uhlov vytvorených medzi dvoma susednými väzbami. Bežné tvary jednoduchých molekúl zahŕňajú:

Lineárne : Lineárne molekuly majú tvar priamky. Väzbové uhly v molekule sú 180°. Oxid uhličitý (CO_dva) a oxid dusnatý (NO) sú lineárne.

Hranatá : Hranaté, ohnuté molekuly alebo molekuly v tvare V majú väzbové uhly menšie ako 180°. Dobrým príkladom je voda (H_dvaO).

Trigonálna rovina : Trigonálne rovinné molekuly tvoria v jednej rovine zhruba trojuholníkový tvar. Spojovacie uhly sú 120°. Príkladom je fluorid boritý (BF₃).

Tetraedrický : Štvorstenový tvar je štvorstenný pevný tvar. Tento tvar nastáva, keď jeden centrálny atóm má štyri väzby. Spojovacie uhly sú 109,47°. Príkladom molekuly s tetraedrickým tvarom je metán (CH₄).

Oktaedrický : Osemstenný tvar má osem plôch a väzobné uhly 90°. Príkladom oktaedrickej molekuly je fluorid sírový (SF₆).

Trigonálna pyramída : Tento tvar molekuly pripomína pyramídu s trojuholníkovou základňou. Zatiaľ čo lineárne a trigonálne tvary sú rovinné, tvar trigonálnej pyramídy je trojrozmerný. Príkladom molekuly je amoniak (NH₃).

Metódy znázornenia molekulárnej geometrie

Zvyčajne nie je praktické vytvárať trojrozmerné modely molekúl, najmä ak sú veľké a zložité. Väčšinu času je geometria molekúl znázornená v dvoch rozmeroch, ako na výkrese na hárku papiera alebo na rotujúcom modeli na obrazovke počítača.

Niektoré bežné reprezentácie zahŕňajú:

Linkový alebo tyčový model : V tomto type modelu reprezentujú iba tyčinky alebo čiary chemické väzby sú zobrazené. Farby koncov tyčiniek označujú identitu atómov , ale jednotlivé atómové jadrá nie sú zobrazené.

Model lopty a palice : Toto je bežný typ modelu, v ktorom sú atómy zobrazené ako gule alebo gule a chemické väzby sú tyčinky alebo čiary, ktoré spájajú atómy. Atómy sú často zafarbené, aby naznačili ich identitu.

Graf elektrónovej hustoty : Tu nie sú priamo označené atómy ani väzby. Zápletka je mapa pravdepodobnosti nájdenia an elektrón . Tento typ znázornenia načrtáva tvar molekuly.

Kreslený : Karikatúry sa používajú pre veľké, zložité molekuly, ktoré môžu mať viac podjednotiek ako bielkoviny. Tieto výkresy ukazujú umiestnenie alfa helixov, beta listov a slučiek. Jednotlivé atómy a chemické väzby nie sú uvedené. Chrbtica molekuly je znázornená ako stuha.

izoméry

Dve molekuly môžu mať rovnaký chemický vzorec, ale majú rôzne geometrie. Tieto molekuly sú izoméry . Izoméry môžu mať spoločné vlastnosti, ale je bežné, že majú rôzne teploty topenia a varu, rôzne biologické aktivity a dokonca aj rôzne farby alebo vône.

Ako sa určuje molekulárna geometria?

Trojrozmerný tvar molekuly možno predpovedať na základe typov chemických väzieb, ktoré vytvára so susednými atómami. Predpovede sú z veľkej časti založené na elektronegativita rozdiely medzi atómami a ich oxidačné stavy .

Empirické overenie predpovedí pochádza z difrakcie a spektroskopie. Rôntgenová kryštalografia, elektrónová difrakcia a neutrónová difrakcia sa môžu použiť na posúdenie hustoty elektrónov v molekule a vzdialenosti medzi atómovými jadrami. Ramanova, IR a mikrovlnná spektroskopia ponúkajú údaje o vibračnej a rotačnej absorbancii chemických väzieb.

Molekulárna geometria molekuly sa môže meniť v závislosti od fázy hmoty, pretože to ovplyvňuje vzťah medzi atómami v molekulách a ich vzťah k iným molekulám. Podobne molekulárna geometria molekuly v roztoku sa môže líšiť od jej tvaru ako plyn alebo tuhá látka. V ideálnom prípade sa molekulárna geometria hodnotí, keď má molekula nízku teplotu.

Zdroje

• Chremos, Alexandros; Douglas, Jack F. (2015). „Kedy sa z rozvetveného polyméru stane častica?“. J. Chem. Phys . 143: 111104. doi: 10.1063/1.4931483
• Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999). Pokročilá anorganická chémia (6. vydanie). New York: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-19957-5
• McMurry, John E. (1992). Organická chémia (3. vydanie). Belmont: Wadsworth. ISBN 0-534-16218-5.