В химии молекулярная геометрия описывает трехмерную форму молекулы и относительное положение атомных ядер молекулы. Понимание молекулярной геометрии молекулы важно, потому что пространственные отношения между атомами определяют ее реакционную способность, цвет, биологическую активность, состояние вещества, полярность и другие свойства.
Ключевые выводы: молекулярная геометрия
- Молекулярная геометрия – это трехмерное расположение атомов и химических связей в молекуле.
- Форма молекулы влияет на ее химические и физические свойства, включая цвет, реакционную способность и биологическую активность.
- Углы связи между соседними связями могут использоваться для описания общую форму молекулы.
Формы молекул
Геометрия молекулы может быть описана в соответствии с углами связи, образованными между двумя смежные связи. Обычные формы простых молекул включают:
Линейные : линейные молекулы имеют форму прямой линии. Валентные углы в молекуле равны 180 °. Двуокись углерода (CO 2 ) и оксид азота (NO) линейны.
Угловой : угловатые, изогнутые или v-образные молекулы содержат валентные углы менее 180 °. Хорошим примером является вода (H 2 O).
Тригональная планарность : Тригональные плоские молекулы образуют в одной плоскости примерно треугольную форму. Валентные углы равны 120 °. Примером может служить трифторид бора (BF 3 ).
Тетраэдр : тетраэдр shape – четырехгранная твердая форма. Эта форма возникает, когда один центральный атом имеет четыре связи. Валентные углы 109,47 °. Примером молекулы тетраэдрической формы является метан (CH 4 ).
Октаэдрический : Октаэдрическая форма имеет восемь граней и углы связи 90 °. Примером октаэдрической молекулы является гексафторид серы (SF 6 ).
Тригонально-пирамидальный : эта форма молекулы напоминает пирамиду с треугольным основанием. В то время как линейные и треугольные формы плоские, треугольная пирамидальная форма является трехмерной. Примером молекулы является аммиак (NH 3 ).
Методы представления молекулярной геометрии
Обычно нецелесообразно создавать трехмерные модели молекул, особенно если они большие и сложные. В большинстве случаев геометрия молекул представлена в двух измерениях, как на рисунке на листе бумаги или вращающейся модели на экране компьютера.
Некоторые общие представления включают в себя:
Модель из линий или палочек : в этом типе модели только пики или линии для представления изображены химические связи. Цвета концов палочек указывают на идентичность атомов, но отдельные атомные ядра не показаны.
Модель шара и палки : это распространенный тип модели, в которой атомы показаны в виде шаров или сфер, а химические связи – в виде палочек или линий, соединяющих атомы. Часто атомы окрашены, чтобы обозначить их идентичность.
График электронной плотности : здесь ни атомы, ни связи указаны напрямую. Сюжет представляет собой карту вероятности нахождения электрона. Этот тип представления обрисовывает форму молекулы.
Cartoon : изображения используются для больших сложных молекул, которые могут имеют несколько субъединиц, таких как белки. На этих рисунках показано расположение альфа-спиралей, бета-листов и петель. Отдельные атомы и химические связи не указаны. Основа молекулы изображена в виде ленты.
Изомеры
Две молекулы могут иметь одинаковую химическую формулу, но отображать разная геометрия. Эти молекулы являются изомерами. Изомеры могут иметь общие свойства, но обычно они имеют разные точки плавления и кипения, разную биологическую активность и даже разные цвета или запахи.
Как это происходит Определена молекулярная геометрия?
Трехмерную форму молекулы можно предсказать на основе типов химических связей, которые она формирует с соседними атомами. Прогнозы в значительной степени основаны на различиях электроотрицательности между атомами и их степенях окисления.
Эмпирическая проверка предсказаний происходит с помощью дифракции и спектроскопии. Рентгеновская кристаллография, электронная дифракция и нейтронная дифракция могут использоваться для оценки электронной плотности внутри молекулы и расстояний между атомными ядрами. Рамановская, ИК- и микроволновая спектроскопия позволяет получить данные о колебательном и вращательном поглощении химических связей.
Геометрия молекулы может изменяться в зависимости от ее фазы. материя, потому что это влияет на отношения между атомами в молекулах и их отношения с другими молекулами. Точно так же молекулярная геометрия молекулы в растворе может отличаться от ее формы в газе или твердом теле. В идеале геометрия молекулы оценивается, когда молекула находится при низкой температуре.
Источники
- Хремос, Александрос; Дуглас, Джек Ф. (2015). «Когда разветвленный полимер становится частицей?». J. Chem. Физ. . 143: 111104. doi: 10.1063/1.4931483
- Коттон, Ф. Альберт; Уилкинсон, Джеффри; Мурильо, Карлос А .; Бохманн, Манфред (1999). Расширенная неорганическая химия (6-е изд.). Нью-Йорк: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-19957-5.
- Макмерри, Джон Э. (1992). Органическая химия (3-е изд.). Бельмонт: Уодсворт. ISBN 0-534-16218-5.