Molekulare Geometriedefinition in der Chemie

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

Wichtige Erkenntnisse: Molekulare Geometrie

• Die Molekülgeometrie ist die dreidimensionale Anordnung der Atome und chemischen Bindungen in einem Molekül.
• Die Form eines Moleküls beeinflusst seine chemischen und physikalischen Eigenschaften, einschließlich seiner Farbe, Reaktivität und biologischen Aktivität.
• Die Bindungswinkel zwischen benachbarten Bindungen können verwendet werden, um die Gesamtform eines Moleküls zu beschreiben.

Molekülformen

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

Linear: Lineare Moleküle haben die Form einer geraden Linie. Die Bindungswinkel im Molekül betragen 180 °. Kohlendioxid (CO₂) und Stickoxid (NO) sind linear.

Angular: Eckige, gebogene oder v-förmige Moleküle enthalten Bindungswinkel von weniger als 180 °. Ein gutes Beispiel ist Wasser (H₂Ö).

Trigonaler Planar: Trigonale planare Moleküle bilden in einer Ebene eine ungefähr dreieckige Form. Die Bondwinkel betragen 120 °. Ein Beispiel ist Bortrifluorid (BF₃).

Tetraeder: Eine tetraedrische Form ist eine vierflächige feste Form. Diese Form tritt auf, wenn ein Zentralatom vier Bindungen hat. Die Bondwinkel 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 einer dreieckigen Basis. Während lineare und trigonale Formen planar sind, ist die trigonale Pyramidenform dreidimensional. Ein Beispielmolekül ist Ammoniak (NH₃).

Darstellungsmethoden der molekularen Geometrie

Es ist normalerweise nicht praktikabel, dreidimensionale Modelle von Molekülen zu erstellen, insbesondere wenn diese groß und komplex sind. Meist 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 gängige Darstellungen sind:

Schnur- oder Stabmodell: In diesem Modelltyp sind nur Stifte oder Linien dargestellt, die chemische Bindungen darstellen. Die Farben der Enden der Stäbchen zeigen die Identität der Atome an, einzelne Atomkerne sind jedoch nicht gezeigt.

Ball- und Stockmodell: 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 gefärbt, um ihre Identität anzuzeigen.

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

Karikatur: Cartoons werden für große, komplexe Moleküle verwendet, die mehrere Untereinheiten aufweisen können, wie z. B. Proteine. Diese Zeichnungen zeigen die Position von Alpha-Helices, Beta-Sheets und Loops. Einzelatome und chemische Bindungen sind nicht angegeben. Das Rückgrat des Moleküls ist als Band dargestellt.

Isomere

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

Wie wird die Molekülgeometrie bestimmt??

Die dreidimensionale Form eines Moleküls kann auf der Grundlage der Art der chemischen Bindungen vorhergesagt werden, die es mit benachbarten Atomen eingeht. Vorhersagen basieren größtenteils auf Elektronegativitätsunterschieden 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 liefern Daten zur Schwingungs- und Rotationsabsorption chemischer Bindungen.

Die Molekülgeometrie eines Moleküls kann sich je nach Phase der Materie ändern, da dies die Beziehung zwischen Atomen in Molekülen und deren Beziehung zu anderen Molekülen beeinflusst. In ähnlicher Weise kann sich die Molekülgeometrie eines Moleküls in Lösung von seiner Form als Gas oder Feststoff unterscheiden. Im Idealfall wird die Molekülgeometrie bewertet, wenn sich ein Molekül auf einer niedrigen Temperatur befindet.

Quellen

• Chremos, Alexandros; Douglas, Jack F. (2015). "Wann wird aus einem verzweigten Polymer ein Partikel?". J. Chem. Phys. 143: 111104. doi: 10.1063 / 1.4931483
• Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A .; Bochmann, Manfred (1999). Fortgeschrittene Anorganische Chemie (6. Aufl.). New York: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-19957-5.
• McMurry, John E. (1992). Organische Chemie (3. Aufl.). Belmont: Wadsworth. ISBN 0-534-16218-5.