Molekylär geometri Introduktion

Molekylär geometri eller molekylstruktur är det tredimensionella arrangemanget av atomer i en molekyl. Det är viktigt att kunna förutsäga och förstå en molekyls molekylstruktur eftersom många av egenskaperna hos ett ämne bestäms av dess geometri. Exempel på dessa egenskaper inkluderar polaritet, magnetism, fas, färg och kemisk reaktivitet. Molekylär geometri kan också användas för att förutsäga biologisk aktivitet, för att designa läkemedel eller dechiffrera en molekyls funktion.

Valence Shell, Bonding Pairs och VSEPR-modellen

Den tredimensionella strukturen i en molekyl bestäms av dess valenselektroner, inte dess kärna eller de andra elektronerna i atomerna. De yttersta elektronerna i en atom är dess valenselektroner. Valenselektronerna är de elektroner som oftast är involverade i att bilda bindningar och framställa molekyler.

Par av elektroner delas mellan atomer i en molekyl och håller atomerna samman. Dessa par kallas "bindningspar".

Ett sätt att förutsäga hur elektroner inom atomer kommer att avvisa varandra är att tillämpa VSEPR-modellen (valens-shell electron-par repulsion). VSEPR kan användas för att bestämma en molekyls allmänna geometri.

Förutsäga molekylär geometri

Här är ett diagram som beskriver den vanliga geometri för molekyler baserat på deras bindningsbeteende. För att använda denna nyckel drar du först Lewis-strukturen för en molekyl. Räkna hur många elektronpar som finns, inklusive både bindningspar och ensamma par. Behandla både dubbel- och trippelbindningar som om de vore enstaka elektronpar. A används för att representera den centrala atomen. B indikerar atomer som omger A. E anger antalet ensamma elektronpar. Bindningsvinklar förutsäges i följande ordning:

ensamt par mot avstötning av ensamt par> ensamt par mot avstängning av bindningspar> bindningspar mot avvisande av bindningspar

Exempel på molekylär geometri

Det finns två elektronpar runt den centrala atomen i en molekyl med linjär molekylär geometri, 2 bindande elektronpar och 0 ensamma par. Den ideala bindningsvinkeln är 180 °.

Geometri	Typ	# Elektronpar	Ideal Bond Angle	exempel
linjär	AB2	2	180 °	BeCl2
trigonal plan	AB3	3	120 °	BF3
tetraedrisk	AB4	4	109,5 °	CH4
trigonal bipyramidala	AB5	5	90 °, 120 °	PCl5
octohedral	AB6	6	90 °	SF6
böjd	AB2E	3	120 ° (119 °)	SÅ2
trigonal pyramidala	AB3E	4	109,5 ° (107,5 °)	NH3
böjd	AB2E2	4	109,5 ° (104,5 °)	H2O
gungbräda	AB4E	5	180 °, 120 ° (173,1 °, 101,6 °)	SF4
T-form	AB3E2	5	90 °, 180 ° (87,5 °,<180°)	CIF3
linjär	AB2E3	5	180 °	XEF2
fyrkantiga pyramidala	AB5E	6	90 ° (84,8 °)	BrF5
fyrkantig plan	AB4E2	6	90 °	XEF4

Isomerer i molekylär geometri

Molekyler med samma kemiska formel kan ha atomer anordnade på olika sätt. Molekylerna kallas isomerer. Isomerer kan ha mycket olika egenskaper från varandra. Det finns olika typer av isomerer:

• Konstitutionella eller strukturella isomerer har samma formler, men atomerna är inte kopplade till varandra samma vatten.
• Stereoisomerer har samma formler, med atomerna bundna i samma ordning, men grupper av atomer roterar runt en bindning annorlunda för att ge chiralitet eller handighet. Stereoisomerer polariserar ljus annorlunda från varandra. I biokemi tenderar de att visa olika biologiska aktiviteter.

Experimentell bestämning av molekylär geometri

Du kan använda Lewis-strukturer för att förutsäga molekylär geometri, men det är bäst att verifiera dessa förutsägelser experimentellt. Flera analysmetoder kan användas för att avbilda molekyler och lära sig om deras vibrations- och rotationsabsorbans. Exempel inkluderar röntgenkristallografi, neutrondiffraktion, infraröd (IR) spektroskopi, Ramanspektroskopi, elektrondiffraktion och mikrovågsspektroskopi. Den bästa bestämningen av en struktur görs vid låg temperatur eftersom en ökning av temperaturen ger molekylerna mer energi, vilket kan leda till konformationförändringar. En substans molekylära geometri kan vara annorlunda beroende på om provet är ett fast ämne, vätska, gas eller en del av en lösning.

Molekylära geometri nyckelupptagningar

• Molekylär geometri beskriver det tredimensionella arrangemanget av atomer i en molekyl.
• Data som kan erhållas från en molekyls geometri inkluderar den relativa positionen för varje atom, bindningslängder, bindningsvinklar och vridningsvinklar.
• Att förutsäga en molekyls geometri gör det möjligt att förutsäga dess reaktivitet, färg, materiens fas, polaritet, biologisk aktivitet och magnetism.
• Molekylär geometri kan förutsägas med användning av VSEPR- och Lewis-strukturer och verifieras med hjälp av spektroskopi och diffraktion.

referenser

• Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A .; Bochmann, Manfred (1999), Advanced Oorganic Chemistry (6: e upplagan), New York: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5.
• McMurry, John E. (1992), Organic Chemistry (3: e upplagan), Belmont: Wadsworth, ISBN 0-534-16218-5.
• Miessler G.L. och Tarr D.A. Oorganisk kemi (2: a upplagan, Prentice-Hall 1999), s. 57-58.