Molekulare Geometrie Einführung

Molekülgeometrie oder Molekülstruktur ist die dreidimensionale Anordnung von Atomen innerhalb eines Moleküls. Es ist wichtig, die molekulare Struktur eines Moleküls vorhersagen und verstehen zu können, da viele der Eigenschaften einer Substanz durch ihre Geometrie bestimmt werden. Beispiele für diese Eigenschaften sind 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, Bonding-Paare 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 Herstellung 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 gegenseitige Abstoßung von Elektronen in Atomen vorherzusagen, besteht in der Anwendung des VSEPR-Modells (Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßung). Mit VSEPR kann die allgemeine Geometrie eines Moleküls bestimmt werden.

Vorhersage der molekularen Geometrie

Hier ist eine Tabelle, die die übliche Geometrie für Moleküle auf der Grundlage ihres Bindungsverhaltens beschreibt. Um diesen Schlüssel zu verwenden, zeichnen Sie zunächst die Lewis-Struktur für ein Molekül. Zählen Sie, wie viele Elektronenpaare vorhanden sind, einschließlich der Bindungspaare und der Einzelpaare. Behandeln Sie Doppel- und Dreifachbindungen wie einzelne Elektronenpaare. A wird verwendet, um das Zentralatom darzustellen. B bezeichnet Atome, die A umgeben. E bezeichnet die Anzahl der Einzelelektronenpaare. Bindungswinkel werden in der folgenden Reihenfolge vorhergesagt:

Einzelpaar gegen Einzelpaar-Abstoßung> Einzelpaar gegen Bindungspaar-Abstoßung> Bindungspaar gegen Bindungspaar-Abstoßung

Beispiel für molekulare Geometrie

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

Geometrie	Art	Anzahl der Elektronenpaare	Idealer Bondwinkel	Beispiele
linear	AB2	2	180 °	BeCl2
trigonaler Planar	AB3	3	120 °	BF3
tetraedrisch	AB4	4	109,5 °	CH4
trigonal bipyramidal	AB5	5	90 °, 120 °	PCl5
oktoedrisch	AB6	6	90 °	SF6
gebogen	AB2E	3	120 ° (119 °)	SO2
trigonal pyramidenförmig	AB3E	4	109,5 ° (107,5 °)	NH3
gebogen	AB2E2	4	109,5 ° (104,5 °)	H2Ö
Wippe	AB4E	5	180 °, 120 ° (173,1 °, 101,6 °)	SF4
T-Form	AB3E2	5	90 °, 180 ° (87,5 °,<180°)	ClF3
linear	AB2E3	5	180 °	XeF2
quadratische Pyramide	AB5E	6	90 ° (84,8 °)	BrF5
quadratisch planar	AB4E2	6	90 °	XeF4

Isomere in der Molekülgeometrie

Moleküle mit der gleichen chemischen Formel können unterschiedlich angeordnete Atome aufweisen. Die Moleküle heißen Isomere. Isomere können sehr unterschiedliche Eigenschaften haben. Es gibt verschiedene Arten von Isomeren:

• Konstitutions- oder Strukturisomere haben die gleichen Formeln, aber die Atome sind nicht im gleichen Wasser miteinander verbunden.
• Stereoisomere haben die gleichen Formeln, wobei die Atome in der gleichen Reihenfolge gebunden sind, aber Gruppen von Atomen sich unterschiedlich um eine Bindung drehen, um Chiralität oder Händigkeit zu erzielen. Stereoisomere polarisieren Licht unterschiedlich. In der Biochemie neigen sie dazu, unterschiedliche biologische Aktivität zu zeigen.

Experimentelle Bestimmung der Molekülgeometrie

Sie können Lewis-Strukturen verwenden, um die Molekülgeometrie vorherzusagen. Am besten überprüfen Sie diese Vorhersagen jedoch experimentell. Mit verschiedenen Analysemethoden können Moleküle abgebildet und ihre Schwingungs- und Rotationsabsorption untersucht werden. Beispiele umfassen Röntgenkristallographie, Neutronenbeugung, Infrarot (IR) -Spektroskopie, Raman-Spektroskopie, Elektronenbeugung und Mikrowellen-Spektroskopie. Die beste Bestimmung einer Struktur wird bei niedriger Temperatur durchgeführt, da eine Erhöhung der Temperatur den Molekülen mehr Energie verleiht, was zu Konformationsänderungen führen kann. Die Molekülgeometrie einer Substanz kann unterschiedlich sein, abhängig davon, ob die Probe ein Feststoff, eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Teil einer Lösung ist.

Molecular Geometry Key Takeaways

• 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.
• Die Vorhersage der Geometrie eines Moleküls ermöglicht die Vorhersage von Reaktivität, Farbe, Phase der Materie, Polarität, biologischer Aktivität und Magnetismus.
• Die Molekülgeometrie kann unter Verwendung von VSEPR- und Lewis-Strukturen vorhergesagt und unter Verwendung von Spektroskopie und Beugung verifiziert werden.

Verweise

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• Miessler G. L. und Tarr D.A.. Anorganische Chemie (2. Auflage, Prentice-Hall 1999), S. 57-58.