Molekyylin geometrian määritelmä kemiassa

Kemiassa, molekyylin geometria kuvaa a: n kolmiulotteisen muodon molekyyli ja atomiytimet molekyylin. Molekyylin molekyylin geometrian ymmärtäminen on tärkeää, koska niiden välinen spatiaalinen suhde atomi määrää reaktiivisuutensa, värin, biologisen aktiivisuuden, aineen tilan, napaisuuden ja muut ominaisuudet.

Avainvaihtoehdot: molekyylin geometria

Molekyyligeometria voidaan kuvata kahden vierekkäisen sidoksen väliin muodostettujen sidoskulmien mukaan. Yksinkertaisten molekyylien yleisiä muotoja ovat:

Lineaarinen: Lineaaristen molekyylien muoto on suora. Sidoskulmat molekyylissä ovat 180 °. Hiilidioksidi (CO₂) ja typpioksidi (NO) ovat lineaarisia.

kulmikas: Kulmaiset, taivutetut tai v-muotoiset molekyylit sisältävät sidoskulmat alle 180 °. Hyvä esimerkki on vesi (H₂O).

Trigonaalitaso: Trigonaaliset tasomaiset molekyylit muodostavat suunnilleen kolmion muotoisen yhden tason. Sidoskulmat ovat 120 °. Esimerkki on booritrifluoridi (BF₃).

tetraedrielementtiverkossa: Tetraedraalinen muoto on nelikulmainen kiinteä muoto. Tämä muoto esiintyy, kun yhdellä keskusatomilla on neljä sidosta. Sidoskulmat ovat 109,47 °. Esimerkki molekyylistä, jolla on tetraedrinen muoto, on metaani (CH₄).

octahedral: Oktaedorisessa muodossa on kahdeksan pintaa ja sidoskulmat 90 °. Esimerkki oktaaedrisesta molekyylistä on rikkiheksafluoridi (SF₆).

Trigonal Pyramid: Tämä molekyylin muoto muistuttaa pyramidia, jolla on kolmionmuotoinen pohja. Vaikka lineaariset ja trigonalimuodot ovat tasomaisia, trigonaalinen pyramidimuoto on kolmiulotteinen. Esimerkki molekyylistä on ammoniakki (NH₃).

Kolmiulotteisten mallien muodostaminen molekyyleistä ei yleensä ole käytännöllistä, etenkin jos ne ovat suuria ja monimutkaisia. Suurimman osan ajasta molekyylien geometria esitetään kahdessa ulottuvuudessa, kuten paperiarkille tehdyssä piirustuksessa tai pyörivässä mallissa tietokoneen näytöllä.

Joitakin yleisiä esityksiä ovat:

Linja- tai sauvamalli: Tämän tyyppisessä mallissa vain tikut tai viivat edustavat kemialliset sidokset on kuvattu. Tikkujen päiden värit ilmaisevat atomia, mutta yksittäisiä atomiytimiä ei ole esitetty.

Pallo- ja sauvamalli: Tämä on yleinen tyyppi malleissa, joissa atomit esitetään palloina tai palloina ja kemialliset sidokset ovat sauvoja tai viivoja, jotka yhdistävät atomit. Usein atomit värjätään identiteetin osoittamiseksi.

Elektronitiheyden kuvaaja: Tässä atomeja tai sidoksia ei ole osoitettu suoraan. Tontti on kartta todennäköisyydestä löytää elektroni. Tämän tyyppinen esitys kuvaa molekyylin muodon.

Sarjakuva: Sarjakuvia käytetään suurille, monimutkaisille molekyyleille, joilla voi olla useita alayksiköitä, kuten proteiinit. Nämä piirrokset osoittavat alfa-heliksiin, beeta-arkkien ja silmukoiden sijainnin. Yksittäisiä atomeja ja kemiallisia sidoksia ei ole ilmoitettu. Molekyylin runko on kuvattu nauhana.

Kahdellä molekyylillä voi olla sama kemiallinen kaava, mutta niiden geometriat voivat olla erilaiset. Nämä molekyylit ovat isomeerit. Isomeereillä voi olla yhteisiä ominaisuuksia, mutta on tavallista, että niillä on erilaiset sulamis- ja kiehumispisteet, erilaiset biologiset aktiivisuudet ja jopa eri värit tai hajut.

Molekyylin kolmiulotteinen muoto voidaan ennustaa perustuen kemiallisten sidosten tyyppeihin, joita se muodostaa naapuriatomien kanssa. Ennusteet perustuvat suurelta osin elektronegatiivisuutta atomien ja niiden atomien väliset erot hapetustilat.

Ennusteiden empiirinen todentaminen tulee diffraktiosta ja spektroskopiasta. Röntgenkristallografiaa, elektronidiffraktiota ja neutronidiffraktiota voidaan käyttää arvioimaan molekyylin sisällä olevaa elektronitiheyttä ja atomiytimien välisiä etäisyyksiä. Raman-, IR- ja mikroaaltospektroskopia tarjoavat tietoja kemiallisten sidosten värähtely- ja kiertoabsorbanssista.

Molekyylin molekyylin geometria voi muuttua riippuen sen ainefaasista, koska tämä vaikuttaa molekyylien atomien väliseen suhteeseen ja niiden suhteeseen muihin molekyyleihin. Samoin liuoksessa olevan molekyylin molekyylin geometria voi olla erilainen kuin sen muoto kaasuna tai kiinteänä aineena. Ihannetapauksessa molekyylin geometria arvioidaan, kun molekyyli on matalassa lämpötilassa.

• Chremos, Alexandros; Douglas, Jack F. (2015). "Milloin haarautuneesta polymeeristä tulee hiukkas?" J. Chem. phys. 143: 111104. doi:10.1063/1.4931483
• Puuvilla, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999). Kehittynyt epäorgaaninen kemia (6. painos). New York: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-19957-5.
• McMurry, John E. (1992). Orgaaninen kemia (3. painos). Belmont: Wadsworth. ISBN 0-534-16218-5.