Definicja geometrii molekularnej w chemii

W chemii geometria molekularna opisuje trójwymiarowy kształt a cząsteczka i względne położenie jądra atomowe cząsteczki. Zrozumienie geometrii molekularnej cząsteczki jest ważne, ponieważ zależność przestrzenna między nimi atom określa jego reaktywność, kolor, aktywność biologiczną, stan materii, polarność i inne nieruchomości.

Najważniejsze informacje: geometria molekularna

Geometrię cząsteczkową można opisać zgodnie z kątami wiązań utworzonymi między dwoma sąsiadującymi wiązaniami. Typowe kształty prostych cząsteczek obejmują:

Liniowy: Cząsteczki liniowe mają kształt linii prostej. Kąty wiązania w cząsteczce wynoszą 180 °. Dwutlenek węgla (CO₂) i tlenek azotu (NO) są liniowe.

Kątowy: Cząsteczki kątowe, gięte lub w kształcie litery V zawierają kąty wiązania mniejsze niż 180 °. Dobrym przykładem jest woda (H₂O).

Plansza trygonalna: Trygonalne płaskie cząsteczki tworzą z grubsza trójkątny kształt w jednej płaszczyźnie. Kąty wiązania wynoszą 120 °. Przykładem jest trifluorek boru (BF₃).

Czworościenny: Czworościenny kształt jest czteroczęściowym pełnym kształtem. Ten kształt występuje, gdy jeden centralny atom ma cztery wiązania. Kąty wiązania wynoszą 109,47 °. Przykładem cząsteczki o kształcie czworościennym jest metan (CH₄).

Oktaedryczny: Ośmiościenny kształt 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, trygonalny kształt piramidy jest trójwymiarowy. Przykładową cząsteczką jest amoniak (NH₃).

Zwykle nie jest praktyczne tworzenie trójwymiarowych modeli cząsteczek, szczególnie jeśli są one duże i złożone. Przez większość czasu geometria cząsteczek jest reprezentowana w dwóch wymiarach, jak na rysunku na kartce papieru lub modelu obrotowym na ekranie komputera.

Niektóre typowe reprezentacje obejmują:

Model liniowy lub wtykany: W tym typie modelu reprezentują tylko patyki lub linie wiązania chemiczne są przedstawione. Kolory końcówek patyczków wskazują tożsamość atomy, ale pojedyncze jądra atomowe nie są pokazane.

Model piłki i kija: Jest to typowy model modelu, w którym atomy są pokazane jako kule lub kule, a wiązania chemiczne to patyki lub linie łączące atomy. Często atomy są kolorowe, aby wskazać ich tożsamość.

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

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

Dwie cząsteczki mogą mieć ten sam wzór chemiczny, ale wykazują 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.

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

Empiryczna weryfikacja prognoz pochodzi z dyfrakcji i spektroskopii. Krystalografię rentgenowską, dyfrakcję elektronów i dyfrakcję neutronów można zastosować do oceny gęstości elektronów w cząsteczce i odległości między jądrami atomowymi. Spektroskopia ramanowska, IR i mikrofalowa dostarcza danych na temat absorbancji wibracyjnej i rotacyjnej wiązań chemicznych.

Geometria molekularna cząsteczki może się zmieniać w zależności od jej fazy materii, ponieważ wpływa to na związek między atomami w cząsteczkach i ich związek z innymi cząsteczkami. Podobnie geometria molekularna cząsteczki w roztworze może różnić się od jej kształtu jako gazu lub ciała stałego. Idealnie geometria molekularna jest oceniana, gdy cząsteczka ma niską temperaturę.

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