Molekylær geometri Introduksjon
Tredimensjonal arrangement av atomer i et molekyl
De fleste sett med molekylære modeller inkluderer de riktige bindingsvinklene for atomer, slik at du kan se den molekylære geometrien til molekyler når du lager dem. Grzegorz Tomasiuk / EyeEm / Getty Images
Molekylær geometri eller molekylær struktur er det tredimensjonale arrangementet av atomer i et molekyl. Det er viktig å kunne forutsi og forstå molekylstrukturen til et molekyl fordi mange av egenskapene til et stoff bestemmes av dets geometri. Eksempler på disse egenskapene inkluderer polaritet, magnetisme, fase, farge og kjemisk reaktivitet. Molekylær geometri kan også brukes til å forutsi biologisk aktivitet, designe medikamenter eller dechiffrere funksjonen til et molekyl.
Valence Shell, Bonding Pairs og VSEPR-modellen
Den tredimensjonale strukturen til et molekyl bestemmes av dets valenselektroner, ikke dets kjerne eller de andre elektronene i atomene. De ytterste elektronene til et atom er dets valenselektroner . Valenselektronene er de elektronene som oftest er involvert i å danne bånd og lage molekyler .
Elektronpar deles mellom atomer i et molekyl og holder atomene sammen. Disse parene kalles ' bindende par '.
En måte å forutsi veien elektroner i atomer vil frastøte hverandre er å bruke VSEPR (valens-skall elektron-par frastøting) modellen. VSEPR kan brukes til å bestemme et molekyls generelle geometri.
Forutsi molekylær geometri
Her er et diagram som beskriver den vanlige geometrien for molekyler basert på deres bindingsatferd. For å bruke denne nøkkelen,første trekningut det Lewis struktur for et molekyl. Tell hvor mange elektronpar som er tilstede, inkludert begge bindende par og ensomme par . Behandle både dobbelt- og trippelbindinger som om de var enkle elektronpar. A brukes til å representere det sentrale atomet. B indikerer atomer som omgir A. E indikerer antall ensomme elektronpar. Bindingsvinkler er forutsagt i følgende rekkefølge:
lone par versus lone par repulsion > lone par versus bonding par repulsion > bonding par versus frastøting av bindingspar
Eksempel på molekylær geometri
Det er to elektronpar rundt det sentrale atomet i et molekyl med lineær molekylær geometri, 2 bindende elektronpar og 0 ensomme par. Den ideelle bindingsvinkelen er 180°.
| Geometri | Type | # av elektronpar | Ideell bindingsvinkel | Eksempler |
| lineær | ABto | to | 180° | BeClto |
| trigonal plan | AB3 | 3 | 120° | BF3 |
| tetraedrisk | AB4 | 4 | 109,5° | CH4 |
| trigonal bipyramidal | AB5 | 5 | 90°, 120° | PCl5 |
| oktoedral | AB6 | 6 | 90° | SF6 |
| bøyd | ABtoOG | 3 | 120° (119°) | SÅto |
| trigonal pyramideformet | AB3OG | 4 | 109,5° (107,5°) | NH3 |
| bøyd | ABtoOGto | 4 | 109,5° (104,5°) | HtoO |
| Dumphuske | AB4OG | 5 | 180°, 120° (173,1°, 101,6°) | SF4 |
| T-form | AB3OGto | 5 | 90°, 180° (87,5°,<180°) | ClF3 |
| lineær | ABtoOG3 | 5 | 180° | XeFto |
| firkantet pyramideformet | AB5OG | 6 | 90° (84,8°) | BrF5 |
| kvadratisk plan | AB4OGto | 6 | 90° | XeF4 |
Isomerer i molekylær geometri
Molekyler med samme kjemiske formel kan ha atomer arrangert annerledes. Molekylene kalles isomerer . Isomerer kan ha svært forskjellige egenskaper fra hverandre. Det finnes forskjellige typer isomerer:
- Konstitusjonelle eller strukturelle isomerer har samme formler, men atomene er ikke forbundet med hverandre det samme vannet.
- Stereoisomerer har de samme formlene, med atomene bundet i samme rekkefølge, men grupper av atomer roterer rundt en binding annerledes for å gi chiralitet eller handedness. Stereoisomerer polariserer lys forskjellig fra hverandre. I biokjemi har de en tendens til å vise forskjellig biologisk aktivitet.
Eksperimentell bestemmelse av molekylær geometri
Du kan bruke Lewis-strukturer til å forutsi molekylær geometri, men det er best å verifisere disse spådommene eksperimentelt. Flere analytiske metoder kan brukes til å avbilde molekyler og lære om deres vibrasjons- og rotasjonsabsorbans. Eksempler inkluderer røntgenkrystallografi, nøytrondiffraksjon, infrarød (IR) spektroskopi, Ramanspektroskopi, elektrondiffraksjon og mikrobølgespektroskopi. Den beste bestemmelsen av en struktur gjøres ved lav temperatur fordi økning av temperaturen gir molekylene mer energi, noe som kan føre til konformasjonsendringer. Den molekylære geometrien til et stoff kan være forskjellig avhengig av om prøven er et fast stoff, væske, gass eller del av en løsning.
Molekylær geometri Nøkkeluttak
- Molekylær geometri beskriver det tredimensjonale arrangementet av atomer i et molekyl.
- Data som kan hentes fra et molekyls geometri inkluderer den relative posisjonen til hvert atom, bindingslengder, bindingsvinkler og torsjonsvinkler.
- Å forutsi et molekyls geometri gjør det mulig å forutsi dets reaktivitet, farge, materiefase, polaritet, biologisk aktivitet og magnetisme.
- Molekylær geometri kan forutsies ved bruk av VSEPR- og Lewis-strukturer og verifiseres ved bruk av spektroskopi og diffraksjon.
Referanser
- Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999), Advanced Inorganic Chemistry (6. utgave), New York: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5.
- McMurry, John E. (1992), Organic Chemistry (3. utgave), Belmont: Wadsworth, ISBN 0-534-16218-5.
- Miessler G.L. og Tarr D.A. Uorganisk kjemi (2. utgave, Prentice-Hall 1999), s. 57-58.