Definition der Molekülgeometrie in der Chemie

In Chemie, Molekulargeometrie beschreibt die dreidimensionale Form von a Molekül und die relative Position der Atomkerne eines Moleküls. Das Verständnis der molekularen Geometrie eines Moleküls ist wichtig, da die räumliche Beziehung zwischen Atom bestimmt seine Reaktivität, Farbe, biologische Aktivität, Zustand der Materie, Polarität und andere Eigenschaften.

Wichtige Erkenntnisse: Molekulare Geometrie

Die Molekülgeometrie kann gemäß den Bindungswinkeln beschrieben werden, die zwischen zwei benachbarten Bindungen gebildet werden. Übliche Formen einfacher Moleküle sind:

Linear: Lineare Moleküle haben die Form einer geraden Linie. Die Bindungswinkel im Molekül betragen 180 °. Kohlendioxid (CO

Winkelig: Winkel-, gebogene oder v-förmige Moleküle enthalten Bindungswinkel von weniger als 180 °. Ein gutes Beispiel ist Wasser (H.₂Ö).

Trigonal planar: Trigonale planare Moleküle bilden in einer Ebene eine ungefähr dreieckige Form. Die Bindungswinkel betragen 120 °. Ein Beispiel ist Bortrifluorid (BF)₃).

Tetraeder: Eine tetraedrische Form ist eine vierseitige feste Form. Diese Form tritt auf, wenn ein Zentralatom vier Bindungen hat. Die Bindungswinkel betragen 109,47 °. Ein Beispiel für ein Molekül mit tetraedrischer Form ist Methan (CH₄).

Oktaeder: Eine oktaedrische Form hat acht Flächen und Bindungswinkel von 90 °. Ein Beispiel für ein oktaedrisches Molekül ist Schwefelhexafluorid (SF₆).

Trigonal pyramidenförmig: Diese Molekülform ähnelt einer Pyramide mit dreieckiger Basis. Während lineare und trigonale Formen planar sind, ist die trigonale Pyramidenform dreidimensional. Ein Beispielmolekül ist Ammoniak (NH₃).

Es ist normalerweise nicht praktikabel, dreidimensionale Modelle von Molekülen zu bilden, insbesondere wenn diese groß und komplex sind. Meistens wird die Geometrie von Molekülen in zwei Dimensionen dargestellt, wie auf einer Zeichnung auf einem Blatt Papier oder einem rotierenden Modell auf einem Computerbildschirm.

Einige gebräuchliche Darstellungen sind:

Linien- oder Stabmodell: Bei diesem Modelltyp müssen nur Sticks oder Linien dargestellt werden chemische Bindungen dargestellt sind. Die Farben der Enden der Sticks geben die Identität des an Atome, aber einzelne Atomkerne sind nicht gezeigt.

Ball und Stick Modell: Dies ist ein gängiger Modelltyp, bei dem Atome als Kugeln oder Kugeln dargestellt werden und chemische Bindungen Stifte oder Linien sind, die die Atome verbinden. Oft sind die Atome farbig, um ihre Identität anzuzeigen.

Elektronendichtediagramm: Hier sind weder die Atome noch die Bindungen direkt angegeben. Die Darstellung ist eine Karte der Wahrscheinlichkeit, eine zu finden Elektron. Diese Art der Darstellung beschreibt die Form eines Moleküls.

Karikatur: Cartoons werden für große, komplexe Moleküle verwendet, die möglicherweise vorhanden sind mehrere Untereinheitenwie Proteine. Diese Zeichnungen zeigen die Position von Alpha-Helices, Beta-Blättern und Schleifen. Einzelne Atome und chemische Bindungen sind nicht angegeben. Das Rückgrat des Moleküls ist als Band dargestellt.

Zwei Moleküle können dieselbe chemische Formel haben, weisen jedoch unterschiedliche Geometrien auf. Diese Moleküle sind Isomere. Isomere mögen gemeinsame Eigenschaften haben, aber es ist üblich, dass sie unterschiedliche Schmelz- und Siedepunkte, unterschiedliche biologische Aktivitäten und sogar unterschiedliche Farben oder Gerüche aufweisen.

Die dreidimensionale Form eines Moleküls kann basierend auf den Arten der chemischen Bindungen vorhergesagt werden, die es mit benachbarten Atomen bildet. Vorhersagen basieren größtenteils auf Elektronegativität Unterschiede zwischen Atomen und ihren Oxidationsstufen.

Die empirische Überprüfung von Vorhersagen erfolgt durch Beugung und Spektroskopie. Röntgenkristallographie, Elektronenbeugung und Neutronenbeugung können verwendet werden, um die Elektronendichte innerhalb eines Moleküls und die Abstände zwischen Atomkernen zu bestimmen. Raman-, IR- und Mikrowellenspektroskopie bieten Daten über die Schwingungs- und Rotationsabsorption chemischer Bindungen.

Die Molekülgeometrie eines Moleküls kann sich in Abhängigkeit von seiner Materiephase ändern, da dies die Beziehung zwischen Atomen in Molekülen und ihre Beziehung zu anderen Molekülen beeinflusst. In ähnlicher Weise kann sich die Molekülgeometrie eines Moleküls in Lösung von seiner Form als Gas oder Feststoff unterscheiden. Idealerweise wird die Molekülgeometrie beurteilt, wenn sich ein Molekül bei einer niedrigen Temperatur befindet.

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