Úvod do molekulárnej geometrie
Trojrozmerné usporiadanie atómov v molekule
Väčšina sád molekulárnych modelov obsahuje správne uhly väzby pre atómy, takže pri ich vytváraní môžete vidieť molekulárnu geometriu molekúl. Grzegorz Tomasiuk / EyeEm / Getty Images
Molekulárna geometria alebo molekulová štruktúra je trojrozmerné usporiadanie atómov v molekule. Je dôležité vedieť predpovedať a pochopiť molekulárnu štruktúru molekuly, pretože mnohé z vlastností látky sú určené jej geometriou. Príklady týchto vlastností zahŕňajú polaritu, magnetizmus, fázu, farbu a chemickú reaktivitu. Molekulová geometria môže byť tiež použitá na predpovedanie biologickej aktivity, na navrhovanie liekov alebo dešifrovanie funkcie molekuly.
Valence Shell, Bonding Pairs a VSEPR Model
Trojrozmerná štruktúra molekuly je určená jej valenčnými elektrónmi, nie jej jadrom alebo inými elektrónmi v atómoch. Najvzdialenejšie elektróny atómu sú jeho valenčné elektróny . Valenčné elektróny sú najčastejšie zapojené elektróny pri vytváraní väzieb a vytváranie molekúl .
Páry elektrónov sú zdieľané medzi atómami v molekule a držia atómy pohromade. Tieto páry sa nazývajú „ väzbové páry '.
Jeden spôsob, ako predpovedať cestu elektróny v atómoch budú sa navzájom odpudzovať, je použiť model VSEPR (valence-shell electron-pair repulsion). VSEPR možno použiť na určenie všeobecnej geometrie molekuly.
Predpovedanie molekulárnej geometrie
Tu je graf, ktorý popisuje obvyklú geometriu molekúl na základe ich väzbového správania. Ak chcete použiť tento kľúč,prvé žrebovanievon z Lewisova štruktúra pre molekulu. Spočítajte, koľko elektrónových párov je prítomných, vrátane oboch väzbové páry a osamelé páry . S dvojitými aj trojitými väzbami zaobchádzajte tak, ako keby to boli jednoduché elektrónové páry. A sa používa na označenie centrálneho atómu. B označuje atómy obklopujúce A. E označuje počet osamelých elektrónových párov. Uhly väzby sa predpovedajú v nasledujúcom poradí:
osamelý pár verzus odpudzovanie osamelého páru > osamelý pár verzus väzbové párové odpudzovanie > väzbový pár verzus väzbové párové odpudzovanie
Príklad molekulárnej geometrie
V molekule s lineárnou molekulárnou geometriou sú dva elektrónové páry okolo centrálneho atómu, 2 väzbové elektrónové páry a 0 osamelých párov. Ideálny uhol spoja je 180°.
| Geometria | Typ | Počet elektrónových párov | Ideálny uhol väzby | Príklady |
| lineárne | ABdva | dva | 180° | BeCldva |
| trigonálny rovinný | AB3 | 3 | 120° | BF3 |
| štvorstenný | AB4 | 4 | 109,5° | CH4 |
| trigonálny bipyramídový | AB5 | 5 | 90°, 120° | PCl5 |
| oktoedrický | AB6 | 6 | 90° | SF6 |
| ohnutý | ABdvaA | 3 | 120° (119°) | SOdva |
| trigonálna pyramída | AB3A | 4 | 109,5° (107,5°) | NH3 |
| ohnutý | ABdvaAdva | 4 | 109,5° (104,5°) | HdvaO |
| hojdačka | AB4A | 5 | 180°, 120° (173,1°, 101,6°) | SF4 |
| T-tvar | AB3Adva | 5 | 90°, 180° (87,5°,<180°) | ClF3 |
| lineárne | ABdvaA3 | 5 | 180° | XeFdva |
| štvorcový pyramídový | AB5A | 6 | 90° (84,8°) | BrF5 |
| štvorcový rovinný | AB4Adva | 6 | 90° | XeF4 |
Izoméry v molekulárnej geometrii
Molekuly s rovnakým chemickým vzorcom môžu mať atómy usporiadané inak. Molekuly sa nazývajú izoméry . Izoméry môžu mať navzájom veľmi odlišné vlastnosti. Existujú rôzne typy izomérov:
- Ústavný resp štruktúrne izoméry majú rovnaké vzorce, ale atómy nie sú navzájom spojené tou istou vodou.
- Stereoizoméry majú rovnaké vzorce, pričom atómy sú viazané v rovnakom poradí, ale skupiny atómov rotujú okolo väzby odlišne, čím sa dosahuje chiralita alebo ručnosť. Stereoizoméry polarizujú svetlo odlišne od seba. V biochémii majú tendenciu prejavovať odlišnú biologickú aktivitu.
Experimentálne stanovenie molekulárnej geometrie
Lewisove štruktúry môžete použiť na predpovedanie molekulárnej geometrie, ale najlepšie je overiť tieto predpovede experimentálne. Na zobrazenie molekúl a získanie informácií o ich vibračnej a rotačnej absorbancii možno použiť niekoľko analytických metód. Príklady zahŕňajú rôntgenovú kryštalografiu, neutrónovú difrakciu, infračervenú (IR) spektroskopiu, Ramanovu spektroskopiu, elektrónovú difrakciu a mikrovlnnú spektroskopiu. Najlepšie určenie štruktúry sa robí pri nízkej teplote, pretože zvýšenie teploty dáva molekulám viac energie, čo môže viesť ku konformačným zmenám. Molekulárna geometria látky sa môže líšiť v závislosti od toho, či je vzorka pevná látka, kvapalina, plyn alebo časť roztoku.
Kľúčové poznatky z molekulárnej geometrie
- Molekulárna geometria popisuje trojrozmerné usporiadanie atómov v molekule.
- Údaje, ktoré možno získať z geometrie molekuly, zahŕňajú relatívnu polohu každého atómu, dĺžky väzieb, uhly väzby a torzné uhly.
- Predpovedanie geometrie molekuly umožňuje predpovedať jej reaktivitu, farbu, fázu hmoty, polaritu, biologickú aktivitu a magnetizmus.
- Molekulová geometria môže byť predpovedaná pomocou VSEPR a Lewisových štruktúr a overená pomocou spektroskopie a difrakcie.
Referencie
- Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999), Advanced Anorganic Chemistry (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.
- Miessler G.L. a Tarr D.A. Anorganická chémia (2. vydanie, Prentice-Hall 1999), str. 57-58.