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Molekulargeometrie Einführung

Molekülgeometrie oder molekulare Struktur ist die dreidimensionale Anordnung von Atomen innerhalb eines Moleküls. Es ist wichtig, die Molekülstruktur eines Moleküls vorhersagen und verstehen zu können, da viele Eigenschaften einer Substanz durch ihre Geometrie bestimmt werden. Beispiele für diese Eigenschaften umfassen Polarität, Magnetismus, Phase, Farbe und chemische Reaktivität. Die Molekülgeometrie kann auch verwendet werden, um die biologische Aktivität vorherzusagen, Arzneimittel zu entwerfen oder die Funktion eines Moleküls zu entschlüsseln.

 

Die Valenzschale, die Verbindungspaare und das VSEPR-Modell

Die dreidimensionale Struktur eines Moleküls wird durch seine Valenzelektronen bestimmt, nicht durch seinen Kern oder die anderen Elektronen in den Atomen. Die äußersten Elektronen eines Atoms sind seine Valenzelektronen. Die Valenzelektronen sind die Elektronen, die am häufigsten an der Bildung von Bindungen und der Bildung von Molekülen beteiligt sind .

Elektronenpaare werden zwischen Atomen in einem Molekül geteilt und halten die Atome zusammen. Diese Paare werden “ Bindungspaare. genannt.

Eine Möglichkeit, die Art und Weise vorherzusagen, wie sich Elektronen in Atomen gegenseitig abstoßen, besteht darin, das VSEPR-Modell (Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßung) anzuwenden. VSEPR kann verwendet werden, um die allgemeine Geometrie eines Moleküls zu bestimmen.

 

Vorhersage der molekularen Geometrie

Hier ist ein Diagramm, das die übliche Geometrie für Moleküle basierend auf ihrem Bindungsverhalten beschreibt. Um diesen Schlüssel zu verwenden, zeichnen Sie zunächst die Lewis-Struktur für ein Molekül. Zählen Sie, wie viele Elektronenpaare vorhanden sind, einschließlich Bindungspaare und Einzelpaare. Behandeln Sie Doppel- und Dreifachbindungen so, als wären sie Einzelelektronenpaare. A wird verwendet, um das Zentralatom darzustellen. B zeigt Atome an, die A umgeben. E gibt die Anzahl der Einzelelektronenpaare an. Bindungswinkel werden in der folgenden Reihenfolge vorhergesagt:

einsames Paar gegen einsame Paarabstoßung> einsames Paar gegen Bindungspaarabstoßung> Bindungspaar gegen Bindungspaarabstoßung

 

Beispiel für Molekulargeometrie

Es gibt zwei Elektronenpaare um das Zentralatom in einem Molekül mit linearer Molekülgeometrie, zwei Bindungselektronenpaare und 0 Einzelpaare. Der ideale Bindungswinkel beträgt 180 °.

 

Isomere in der Molekülgeometrie

Moleküle mit derselben chemischen Formel können unterschiedlich angeordnete Atome aufweisen. Die Moleküle werden Isomere genannt. Isomere können sehr unterschiedliche Eigenschaften haben. Es gibt verschiedene Arten von Isomeren:

  • Konstitutionelle oder strukturelle Isomere haben die gleichen Formeln, aber die Atome sind nicht mit dem gleichen Wasser miteinander verbunden.
  • Stereoisomere haben die gleichen Formeln, wobei die Atome in der gleichen Reihenfolge gebunden sind, aber Gruppen von Atomen drehen sich unterschiedlich um eine Bindung, um Chiralität oder Händigkeit zu erzielen. Stereoisomere polarisieren das Licht unterschiedlich. In der Biochemie neigen sie dazu, unterschiedliche biologische Aktivitäten zu zeigen.

 

Experimentelle Bestimmung der Molekülgeometrie

Sie können Lewis-Strukturen verwenden, um die Molekülgeometrie vorherzusagen. Es ist jedoch am besten, diese Vorhersagen experimentell zu überprüfen. Verschiedene Analysemethoden können verwendet werden, um Moleküle abzubilden und ihre Schwingungs- und Rotationsabsorption kennenzulernen. Beispiele umfassen Röntgenkristallographie, Neutronenbeugung, Infrarot (IR) -Spektroskopie, Raman-Spektroskopie, Elektronenbeugung und Mikrowellenspektroskopie. Die beste Bestimmung einer Struktur erfolgt bei niedriger Temperatur, da durch Erhöhen der Temperatur die Moleküle mehr Energie erhalten, was zu Konformationsänderungen führen kann. Die Molekülgeometrie einer Substanz kann unterschiedlich sein, je nachdem, ob die Probe ein Feststoff, eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Teil einer Lösung ist.

 

Molekulare Geometrie Schlüssel zum Mitnehmen

  • Die Molekülgeometrie beschreibt die dreidimensionale Anordnung von Atomen in einem Molekül.
  • Daten, die aus der Geometrie eines Moleküls erhalten werden können, umfassen die relative Position jedes Atoms, Bindungslängen, Bindungswinkel und Torsionswinkel.
  • Durch die Vorhersage der Geometrie eines Moleküls können dessen Reaktivität, Farbe, Phase der Materie, Polarität, biologische Aktivität und Magnetismus vorhergesagt werden.
  • Die Molekülgeometrie kann unter Verwendung von VSEPR- und Lewis-Strukturen vorhergesagt und unter Verwendung von Spektroskopie und Beugung verifiziert werden.

 

Verweise

  • Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999), Advanced Inorganic Chemistry (6. Aufl.), New York: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5.
  • McMurry, John E. (1992), Organic Chemistry (3. Aufl.), Belmont: Wadsworth, ISBN 0-534-16218-5.
  • Miessler GL und Tarr DA  Inorganic Chemistry  (2. Aufl., Prentice-Hall 1999), S. 57-58.

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