Определение молекулярной геометрии в химии

Доктор Хельменстин имеет докторскую степень. в области биомедицинских наук и является научным писателем, педагогом и консультантом. Она преподавала научные курсы в средней школе, колледже и аспирантуре.

В химии, молекулярная геометрия описывает трехмерную форму молекулы и относительное положение атомных ядер молекулы. Понимание молекулярной геометрии молекулы важно, поскольку пространственные отношения между атомами определяют ее реакционную способность, цвет, биологическую активность, состояние вещества, полярность и другие свойства.

Основные выводы: молекулярная геометрия

• Молекулярная геометрия — это трехмерное расположение атомов и химических связей в молекуле.
• Форма молекулы влияет на ее химические и физические свойства, включая ее цвет, реакционную способность и биологическую активность.
• Валентные углы между соседними связями могут использоваться для описания общей формы молекулы.

Формы молекул

Молекулярную геометрию можно описать в соответствии с валентными углами, образованными между двумя соседними связями. Общие формы простых молекул включают:

Линейный: Линейные молекулы имеют форму прямой линии. Валентные углы в молекуле равны 180°. Углекислый газ (СО₂) и оксида азота (NO) линейны.

Угловой: Угловые, изогнутые или V-образные молекулы имеют валентные углы менее 180°. Хорошим примером является вода ( H₂О).

Тригональный Планар: Тригональные плоские молекулы образуют примерно треугольную форму в одной плоскости. Валентные углы равны 120°. Примером является трифторид бора ( BF₃).

Тетраэдрический: Тетраэдрическая форма — это четырехгранная твердая форма. Эта форма возникает, когда один центральный атом имеет четыре связи. Валютные углы равны 109,47°. Примером молекулы тетраэдрической формы является метан (CH₄).

Октаэдрический: октаэдрическая форма имеет восемь граней и валентные углы 90 °. Примером октаэдрической молекулы является гексафторид серы (SF₆).

Треугольная пирамида: Форма этой молекулы напоминает пирамиду с треугольным основанием. В то время как линейные и треугольные формы являются плоскими, треугольная пирамидальная форма является трехмерной. Примером молекулы является аммиак ( NH₃).

Методы представления молекулярной геометрии

Обычно нецелесообразно формировать трехмерные модели молекул, особенно если они большие и сложные. В большинстве случаев геометрия молекул представлена ​​в двух измерениях, например, на рисунке на листе бумаги или в виде вращающейся модели на экране компьютера.

Некоторые распространенные представления включают:

Линейная или палочная модель: В этом типе модели изображены только палочки или линии, представляющие химические связи. Цвета концов палочек указывают на идентичность атомов, но отдельные атомные ядра не показаны.

Модель мяча и клюшки: 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 указать на их идентичность.

График электронной плотности: Здесь ни атомы, ни связи не указаны прямо. Сюжет представляет собой карту вероятности нахождения электрона. Этот тип представления описывает форму молекулы.

Мультфильм: мультфильмы используются для больших сложных молекул, которые могут состоять из нескольких субъединиц, таких как белки. На этих рисунках показано расположение альфа-спиралей, бета-листов и петель. Отдельные атомы и химические связи не указаны. Костяк молекулы изображен в виде ленты.

Изомеры

Две молекулы могут иметь одинаковую химическую формулу, но иметь разную геометрию. Эти молекулы являются изомерами. Изомеры могут иметь общие свойства, но они обычно имеют разные температуры плавления и кипения, разную биологическую активность и даже разные цвета или запахи.

Как определяется молекулярная геометрия?

Трехмерную форму молекулы можно предсказать на основе типов химических связей, которые она образует с соседними атомами. Прогнозы в значительной степени основаны на различиях в электроотрицательности атомов и их степенях окисления.

Эмпирическая проверка предсказаний исходит из дифракции и спектроскопии.Рентгеновская кристаллография, дифракция электронов и дифракция нейтронов могут использоваться для оценки электронной плотности внутри молекулы и расстояний между атомными ядрами. Рамановская, ИК и микроволновая спектроскопия дают данные о колебательном и вращательном поглощении химических связей.

Молекулярная геометрия молекулы может меняться в зависимости от ее фазы вещества, 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 виде газа или твердого тела. В идеале молекулярная геометрия оценивается, когда молекула находится при низкой температуре.