I kemi, molekylær geometri beskriver den tredimensionelle form på en molekyle og den relative position af atomkerner af et molekyle. At forstå molekylær geometri af et molekyle er vigtigt, fordi det rumlige forhold mellem atom bestemmer dets reaktivitet, farve, biologiske aktivitet, stofstilstand, polaritet og andet ejendomme.
Key takeaways: Molecular Geometry
- Molekylær geometri er det tredimensionale arrangement af atomer og kemiske bindinger i et molekyle.
- Formen på et molekyle påvirker dets kemiske og fysiske egenskaber, herunder dets farve, reaktivitet og biologiske aktivitet.
- Bindingsvinklerne mellem tilstødende bindinger kan bruges til at beskrive et molekyls samlede form.
Molekyleformer
Molekylær geometri kan beskrives i henhold til bindingsvinkler dannet mellem to tilstødende bindinger. Almindelige former for enkle molekyler inkluderer:
Lineær: Lineære molekyler har form som en lige linje. Bindingsvinklerne i molekylet er 180 °. Kuldioxid (CO2og nitrogenoxid (NO) er lineære.
Kantet: Vinkelformede, bøjede eller v-formede molekyler indeholder bindingsvinkler under 180 °. Et godt eksempel er vand (H
2O).Trigonal planar: Trigonale plane molekyler danner en nogenlunde trekantet form i et plan. Bindingsvinklerne er 120 °. Et eksempel er bortrifluorid (BF3).
tetrahedral: En tetrahedral form er en fire-facet fast form. Denne form forekommer, når et centralt atomer har fire bindinger. Bindingsvinklerne er 109,47 °. Et eksempel på et molekyle med en tetraedrisk form er methan (CH4).
oktaedriske: En oktaedral form har otte ansigter og bondevinkler på 90 °. Et eksempel på et oktaedrisk molekyle er svovlhexafluorid (SF6).
Trigonal pyramidal: Denne molekyleform ligner en pyramide med en trekantet base. Mens lineære og trigonale former er plane, er den trigonale pyramideform tredimensionelle. Et eksempel på molekyle er ammoniak (NH3).
Metoder til repræsentation af molekylær geometri
Det er normalt ikke praktisk at danne tredimensionelle modeller af molekyler, især hvis de er store og komplekse. Det meste af tiden er geometrien af molekyler repræsenteret i to dimensioner, som på en tegning på et ark papir eller en roterende model på en computerskærm.
Nogle almindelige repræsentationer inkluderer:
Line- eller stick-model: I denne type modeller er det kun pinde eller linier, der skal repræsenteres kemiske bindinger er afbildet. Farverne på enderne af pindene angiver identiteten af atomer, men individuelle atomkerner er ikke vist.
Kugle- og stokmodel: Dette er den almindelige type model, hvor atomer vises som kugler eller kugler og kemiske bindinger er pinde eller linier, der forbinder atomerne. Ofte farves atomerne for at indikere deres identitet.
Elektron densitet plot: Her er hverken atomerne eller bindingerne angivet direkte. Plottet er et kort over sandsynligheden for at finde en elektron. Denne type repræsentation skitserer formen på et molekyle.
Tegneserie: Tegneserier bruges til store, komplekse molekyler, der kan have flere underenheder, ligesom proteiner. Disse tegninger viser placeringen af alfa-helikser, beta-ark og sløjfer. Individuelle atomer og kemiske bindinger er ikke angivet. Molekylets rygrad er afbildet som et bånd.
isomerer
To molekyler kan have den samme kemiske formel, men viser forskellige geometrier. Disse molekyler er isomerer. Isomerer deler måske fælles egenskaber, men det er almindeligt, at de har forskellige smelte- og kogepunkter, forskellige biologiske aktiviteter og endda forskellige farver eller lugt.
Hvordan bestemmes molekylær geometri?
Den tredimensionelle form af et molekyle kan forudsiges baseret på de typer kemiske bindinger, det danner med tilstødende atomer. Forudsigelser er i vid udstrækning baseret på elektronegativitet forskelle mellem atomer og deres oxidationstilstande.
Empirisk verifikation af forudsigelser kommer fra diffraktion og spektroskopi. Røntgenkrystallografi, elektrondiffraktion og neutrondiffraktion kan anvendes til at vurdere elektrondensiteten inden i et molekyle og afstandene mellem atomkerner. Raman, IR og mikrobølge spektroskopi tilbyder data om vibrations- og rotationsabsorberingen af kemiske bindinger.
Molekylets geometri af et molekyle kan ændre sig afhængigt af dets stoffase, fordi dette påvirker forholdet mellem atomer i molekyler og deres forhold til andre molekyler. Tilsvarende kan molekylgeometrien af et molekyle i opløsning være forskellig fra dens form som en gas eller et fast stof. Ideelt vurderes molekylær geometri, når et molekyle er ved en lav temperatur.
Kilder
- Chremos, Alexandros; Douglas, Jack F. (2015). "Hvornår bliver en forgrenet polymer en partikel?". J. Chem. Phys. 143: 111104. doi:10.1063/1.4931483
- Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999). Avanceret uorganisk kemi (6. udgave). New York: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-19957-5.
- McMurry, John E. (1992). Organisk kemi (3. udgave). Belmont: Wadsworth. ISBN 0-534-16218-5.