Definice molekulární geometrie v chemii

V chemii molekulární geometrie popisuje trojrozměrný tvar a molekula a relativní poloha atomová jádra molekuly. Pochopení molekulární geometrie molekuly je důležité, protože prostorový vztah mezi atom určuje jeho reaktivitu, barvu, biologickou aktivitu, stav hmoty, polaritu a další vlastnosti.

Klíčové cesty: Molekulární geometrie

Molekulární geometrie může být popsána podle vazebných úhlů vytvořených mezi dvěma sousedními vazbami. Běžné tvary jednoduchých molekul zahrnují:

Lineární: Lineární molekuly mají tvar přímky. Úhel vazby v molekule je 180 °. Oxid uhličitý (CO₂) a oxid dusnatý (NO) jsou lineární.

Úhlové: Úhlové, ohnuté nebo ve tvaru molekuly obsahují vazebné úhly menší než 180 °. Dobrým příkladem je voda (H₂Ó).

Trigonální planár: Trigonální rovinné molekuly tvoří zhruba trojúhelníkový tvar v jedné rovině. Úhel vazby je 120 °. Příkladem je fluorid boritý (BF₃).

Tetrahedrální: Tetrahedrální tvar je čtyřhranný pevný tvar. K tomuto tvaru dochází, když jeden centrální atom má čtyři vazby. Úhel vazby je 109,47 °. Příkladem molekuly s tetrahedrálním tvarem je methan (CH₄).

Octahedral: Osmiúhelníkový tvar má osm obličejů a vazebných úhlů 90 °. Příkladem oktaedrální molekuly je hexafluorid síry (SF₆).

Trigonální pyramidální: Tento tvar molekuly připomíná pyramidu s trojúhelníkovou základnou. Zatímco lineární a trigonální tvary jsou rovinné, trigonální pyramidální tvar je trojrozměrný. Příkladem molekuly je amoniak (NH₃).

Obvykle není praktické vytvářet trojrozměrné modely molekul, zejména pokud jsou velké a složité. Geometrie molekul je většinou reprezentována ve dvou rozměrech, jako na výkresu na listu papíru nebo rotujícím modelu na obrazovce počítače.

Některé běžné reprezentace zahrnují:

Line nebo stick model: V tomto typu modelu se zobrazují pouze tyčinky nebo čáry chemické vazby jsou zobrazeny. Barvy konců tyčinek označují identitu atomy, ale jednotlivá atomová jádra nejsou zobrazena.

Míč a hůl model: Toto je běžný typ modelu, ve kterém jsou atomy zobrazeny jako koule nebo koule a chemické vazby jsou tyčinky nebo čáry, které spojují atomy. Atomy jsou často vybarveny, aby naznačovaly jejich identitu.

Graf hustoty elektronů: Zde nejsou atomy ani vazby uvedeny přímo. Spiknutí je mapa pravděpodobnosti nalezení elektron. Tento typ znázornění nastiňuje tvar molekuly.

Kreslená pohádka: Karikatury se používají pro velké, komplexní molekuly, které mohou mít více podjednotek, jako proteiny. Tyto výkresy ukazují umístění alfa helixů, beta listů a smyček. Jednotlivé atomy a chemické vazby nejsou uvedeny. Páteř molekuly je znázorněna jako stuha.

Dvě molekuly mohou mít stejný chemický vzorec, ale vykazují různé geometrie. Tyto molekuly jsou isomery. Izomery mohou sdílet společné vlastnosti, ale je běžné, že mají různé teploty tání a varu, různé biologické aktivity a dokonce různé barvy nebo pachy.

Trojrozměrný tvar molekuly lze předpovídat na základě typů chemických vazeb, které tvoří se sousedními atomy. Předpovědi jsou z velké části založeny na elektronegativita rozdíly mezi atomy a jejich atomy oxidační stavy.

Empirické ověření předpovědí vychází z difrakce a spektroskopie. Rentgenová krystalografie, elektronová difrakce a neutronová difrakce mohou být použity k posouzení hustoty elektronů v molekule a vzdáleností mezi atomovými jádry. Raman, IR a mikrovlnná spektroskopie nabízejí údaje o vibrační a rotační absorbci chemických vazeb.

Molekulární geometrie molekuly se může měnit v závislosti na její fázi hmoty, protože to ovlivňuje vztah mezi atomy v molekulách a jejich vztah k jiným molekulám. Podobně může být molekulární geometrie molekuly v roztoku odlišná od jejího tvaru jako plyn nebo pevná látka. V ideálním případě se molekulární geometrie hodnotí, když je molekula při nízké teplotě.

• Chremos, Alexandros; Douglas, Jack F. (2015). "Kdy se rozvětvený polymer stane částicí?" J. Chem. Phys. 143: 111104. doi:10.1063/1.4931483
• Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999). Pokročilá anorganická chemie (6. ed.). New York: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-19957-5.
• McMurry, John E. (1992). Organická chemie (3. vydání). Belmont: Wadsworth. ISBN 0-534-16218-5.