Keemia alal molekulaarne geomeetria kirjeldab a-mõõtme kolmemõõtmelist kuju molekul ja selle suhteline asukoht aatomituumad molekuli. Molekuli molekulaarse geomeetria mõistmine on oluline, kuna ruumiliste suhete vahel aatom määrab selle reaktsioonivõime, värvuse, bioloogilise aktiivsuse, aine oleku, polaarsuse ja muud omadused.
Peamised võtmed: molekulaarne geomeetria
- Molekulaarne geomeetria on molekulis olevate aatomite ja keemiliste sidemete kolmemõõtmeline paigutus.
- Molekuli kuju mõjutab selle keemilisi ja füüsikalisi omadusi, sealhulgas värvi, reaktsioonivõimet ja bioloogilist aktiivsust.
- Külgnevate sidemete vahelisi sidenurki võib kasutada molekuli üldkuju kirjeldamiseks.
Molekuli kujundid
Molekulaarset geomeetriat võib kirjeldada vastavalt sidemete nurkadele, mis on moodustatud kahe külgneva sideme vahel. Lihtsate molekulide tavalised kujud hõlmavad:
Lineaarne: Lineaarsed molekulid on sirge kujuga. Sideme nurgad molekulis on 180 °. Süsinikdioksiid (CO2) ja lämmastikoksiid (NO) on lineaarsed.
Nurgeline: Nurga-, painutatud või v-kujulised molekulid sisaldavad sidenurki alla 180 °. Hea näide on vesi (H2O).
Trigonaalne tasapind: Trigonaalsed tasapinnalised molekulid moodustavad ühel tasapinnal umbes kolmnurkse kuju. Sidemete nurgad on 120 °. Näitena võib tuua boortrifluoriidi (BF3).
Tetra katedraal: Tetraedriline kuju on neljatahuline kindel kuju. See kuju ilmneb siis, kui ühel kesksel aatomil on neli sidet. Sidemete nurgad on 109,47 °. Tetraeedrilise kujuga molekuli näiteks on metaan (CH4).
Oktaedriline: Kaheksanurkne kuju on kaheksa külje ja sideme nurgaga 90 °. Oktaeedrilise molekuli näide on väävelheksafluoriid (SF6).
Trigonaalne püramiidne: See molekuli kuju sarnaneb kolmnurkse alusega püramiidiga. Kui lineaarsed ja trigonaalsed kujundid on tasapinnalised, on trigoonide püramiidkujud kolmemõõtmelised. Molekuli näide on ammoniaak (NH3).
Molekulaarse geomeetria esindamise meetodid
Molekulide kolmemõõtmeliste mudelite moodustamine pole tavaliselt otstarbekas, eriti kui need on suured ja keerulised. Enamasti on molekulide geomeetria esindatud kahes mõõtmes, nagu joonisel paberilehel või pöörleval mudelil arvutiekraanil.
Mõned levinumad esindused hõlmavad järgmist:
Joone- või pulgamudel: Seda tüüpi mudelis esindatakse ainult pulgakesi või jooni keemilised sidemed on kujutatud. Pulgade otste värvid tähistavad pulga identsust aatomid, kuid üksikuid aatomituumasid pole näidatud.
Kuuli ja pulga mudel: See on tavaline tüüp, milles aatomid on näidatud pallide või keradena ja keemilised sidemed on aatomeid ühendavad pulgad või jooned. Sageli on aatomid nende identiteedi märkimiseks värvilised.
Elektrontiheduse graafik: Siin ei ole aatomeid ega sidemeid otseselt näidatud. Krunt on kaart tõenäosusega leida elektron. Seda tüüpi esitusviis kirjeldab molekuli kuju.
Koomiks: Multikaid kasutatakse suurte keerukate molekulide jaoks, millel võib olla mitu alaühikut, nagu valgud. Need joonised näitavad alfa-heelikate, beetalehtede ja silmuste asukohti. Üksikuid aatomeid ja keemilisi sidemeid pole näidatud. Molekuli selgroogu on kujutatud lindina.
Isomeerid
Kahel molekulil võib olla sama keemiline valem, kuid nende geomeetria on erinev. Need molekulid on isomeerid. Isomeeridel võivad olla ühised omadused, kuid tavaline on, et neil on erinevad sulamis- ja keemistemperatuurid, erinev bioloogiline aktiivsus ning isegi erinevad värvid või lõhnad.
Kuidas määratakse molekulaarne geomeetria?
Molekuli kolmemõõtmelist kuju võib ennustada keemiliste sidemete tüüpide põhjal, mida see moodustab naaberaatomitega. Ennustused põhinevad suures osas elektronegatiivsus erinevused aatomite ja nende vahel oksüdatsiooniseisundid.
Prognooside empiiriline kontrollimine pärineb difraktsioonist ja spektroskoopiast. Molekulis oleva elektronide tiheduse ja aatomituumade vaheliste kauguste hindamiseks võib kasutada röntgenkristallograafiat, elektronide difraktsiooni ja neutronide difraktsiooni. Ramani, IR ja mikrolaine spektroskoopia pakuvad andmeid keemiliste sidemete vibratsiooni ja pöörde neeldumise kohta.
Molekuli molekulaarne geomeetria võib muutuda sõltuvalt selle ainefaasist, kuna see mõjutab molekulide aatomite vahelist suhet ja nende suhet teiste molekulidega. Samamoodi võib lahuses oleva molekuli molekulaarne geomeetria erineda selle gaasilise või tahke aine kujust. Ideaalis hinnatakse molekulaarset geomeetriat, kui molekul on madalal temperatuuril.
Allikad
- Chremos, Alexandros; Douglas, Jack F. (2015). "Millal hargnenud polümeer saab osakeseks?" J. Chem. Füüs. 143: 111104. doi:10.1063/1.4931483
- Puuvill, F Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999). Kõrgtehnoloogiline anorgaaniline keemia (6. väljaanne). New York: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-19957-5.
- McMurry, John E. (1992). Orgaaniline keemia (3. väljaanne). Belmont: Wadsworth. ISBN 0-534-16218-5.