Geometrie moleculară Introducere

Geometria moleculară sau structura moleculară este aranjamentul tridimensional al atomilor dintr-o moleculă. Este important să putem prezice și înțelege structura moleculară a unei molecule, deoarece multe dintre proprietățile unei substanțe sunt determinate de geometria acesteia. Exemple de aceste proprietăți includ polaritatea, magnetismul, faza, culoarea și reactivitatea chimică. Geometria moleculară poate fi, de asemenea, utilizată pentru a prezice activitatea biologică, pentru a proiecta medicamente sau pentru a descifra funcția unei molecule.

Valence Shell, perechi de legături și modelul VSEPR

Structura tridimensională a unei molecule este determinată de electronii de valență, nu de nucleul acesteia sau de ceilalți electroni din atomi. Electronii cei mai exteriori ai unui atom sunt electronii săi de valență. Electronii de valență sunt electronii care sunt implicați cel mai adesea în formarea legăturilor și fabricarea moleculelor.

Perechile de electroni sunt împărțite între atomii dintr-o moleculă și mențin atomii împreună. Aceste perechi se numesc „perechi de legătură”.

O modalitate de a prezice modul în care electronii din atomi se vor respinge reciproc este aplicarea modelului VSEPR (repulsie valence-shell-pereche de electroni). VSEPR poate fi utilizat pentru a determina geometria generală a unei molecule.

Prezicerea geometriei moleculare

Iată un grafic care descrie geometria obișnuită a moleculelor pe baza comportamentului lor de legare. Pentru a utiliza această cheie, trageți mai întâi structura Lewis pentru o moleculă. Numărați câte perechi de electroni sunt prezente, inclusiv atât perechile de legătură cât și perechile singulare. Tratați legăturile duble și cele triple ca și cum ar fi perechi de un singur electron. A este utilizat pentru a reprezenta atomul central. B indică atomii care înconjoară A. E indică numărul de perechi de electroni singulari. Unghiurile de legătură sunt prevăzute în următoarea ordine:

repulsie cu pereche singură> repulsie cu pereche singură> repulsie cu pereche singură> repulsie cu pereche de legături> repulsie cu pereche de legături

Exemplu de geometrie moleculară

Există două perechi de electroni în jurul atomului central într-o moleculă cu geometrie moleculară liniară, 2 perechi de electroni care leagă și 0 perechi unice. Unghiul ideal de legătură este de 180 °.

Geometrie	Tip	# de perechi de electroni	Unghiul Bond ideal	Exemple
liniar	AB2	2	180 °	BeCl2
planul trigonal	AB3	3	120 °	BF3
tetraedral	AB4	4	109.5 °	CH4
bipiramidal trigonal	AB5	5	90 °, 120 °	pcl5
octohedral	AB6	6	90 °	SF6
îndoit	AB2E	3	120 ° (119 °)	ASA DE2
piramidală trigonală	AB3E	4	109,5 ° (107,5 °)	NH3
îndoit	AB2E2	4	109,5 ° (104,5 °)	H2O
legănare	AB4E	5	180 °, 120 ° (173,1 °, 101,6 °)	SF4
T-forma	AB3E2	5	90 °, 180 ° (87,5 °,<180°)	CLF3
liniar	AB2E3	5	180 °	XEF2
piramidale pătrate	AB5E	6	90 ° (84,8 °)	BRF5
plan pătrat	AB4E2	6	90 °	XEF4

Izomeri în geometrie moleculară

Moleculele cu aceeași formulă chimică pot avea atomi aranjați diferit. Moleculele se numesc izomeri. Izomerii pot avea proprietăți foarte diferite între ele. Există diferite tipuri de izomeri:

• Izomerii constituționali sau structurali au aceleași formule, dar atomii nu sunt conectați între ei aceeași apă.
• Stereoisomerii au aceleași formule, cu atomii legați în aceeași ordine, dar grupuri de atomi se rotesc în jurul unei legături diferit pentru a produce chiralitate sau mână. Stereoizomerii polarizează lumina diferit unul de celălalt. În biochimie, acestea tind să manifeste diferite activități biologice.

Determinarea experimentală a geometriei moleculare

Puteți utiliza structuri Lewis pentru a prezice geometria moleculară, dar cel mai bine este să verificați aceste predicții experimental. Mai multe metode analitice pot fi utilizate pentru a imagina molecule și pentru a afla despre absorbția lor vibrațională și rotativă. Exemple includ cristalografia cu raze X, difracția de neutroni, spectroscopia în infraroșu (IR), spectroscopia Raman, difracția electronilor și spectroscopia cu microunde. Cea mai bună determinare a unei structuri se face la temperatură scăzută, deoarece creșterea temperaturii oferă moleculelor mai multă energie, ceea ce poate duce la schimbări de conformare. Geometria moleculară a unei substanțe poate fi diferită în funcție de faptul dacă eșantionul este un solid, lichid, gaz sau parte dintr-o soluție.

Molecular Geometry Key Take away

• Geometria moleculară descrie aranjamentul tridimensional al atomilor dintr-o moleculă.
• Datele care pot fi obținute din geometria unei molecule includ poziția relativă a fiecărui atom, lungimile legăturii, unghiurile de legătură și unghiurile de torsiune.
• Prezicerea geometriei unei molecule face posibilă prezicerea reactivității, culorii, fazei materiei, polarității, activității biologice și magnetismului.
• Geometria moleculară poate fi prevăzută folosind structuri VSEPR și Lewis și verificată folosind spectroscopie și difracție.

Referințe

• Bumbac, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999), Advanced Inorganic Chemistry (ediția a 6-a), New York: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5.
• McMurry, John E. (1992), Organic Chemistry (ediția a 3-a), Belmont: Wadsworth, ISBN 0-534-16218-5.
• Miessler G.L. și Tarr D.A. Chimie anorganică (Ediția a II-a, Prentice-Hall 1999), p. 57-58.