Structura spațială a moleculelor de substanțe organice și anorganice

Structura spațială a moleculelor anorganice și substanțe organice este de mare importanță în descrierea proprietăților lor chimice și fizice. Dacă luăm în considerare problema ca set bukovok și numerele de pe hârtie nu este întotdeauna posibil să se ajungă la concluzii corecte. Pentru a descrie mai multe fenomene, în special cele asociate cu chimia organică, este necesar să se cunoască structura moleculara stereometric.

Ce este Geometrie

Geometrie - este o secțiune a chimiei care explică proprietățile moleculelor substanței în ceea ce privește structura sa. Iar reprezentarea spațială a moleculelor joacă un rol important aici, deoarece este cheia pentru rezolvarea multor fenomene bio-organice.

Geometria este un set de reguli de bază, care pot fi aproape orice moleculă prezentă în vrac. Un dezavantaj cu formula brută, scrise într-o foaie de hârtie convențională, este incapacitatea sa de a dezvălui lista completă a proprietăților ale substanței de testat.

Un exemplu se poate întâmpla acidul fumaric, care aparține clasei de dibazic. Este slab solubil în apă, nu este toxic și poate fi găsit în natură. Cu toate acestea, dacă modificați dispunerea spațială a grupelor COOH, se poate obține un complet diferit materie - acid maleic. Este ușor solubil în apă, poate fi obținută numai în mod artificial, acesta prezintă un risc pentru oameni datorită proprietăților toxice.

Teoria stereochimică a Van't Hoff

In secolul al 19-lea reprezentare M.Butlerova a unei structuri plate a oricărei molecule nu a putut explica multe din proprietățile substanțelor, în special organice. Acest lucru a condus la scrierea Van't Hoff lucra „Chimia în spațiu“, în care a adăugat teoria M.Butlerova cercetările sale în acest domeniu. El a introdus conceptul de structură spațială a moleculelor, și a explicat, de asemenea, importanța descoperirii sale științelor chimice.

Astfel sa demonstrat existența a trei tipuri de acid lactic: carne, lactate, și fermentarea dextrorotatory acid lactic. Pe o foaie de hârtie , pentru fiecare dintre aceste substanțe este formula structurală este aceeași, dar structura spațială a moleculelor explică acest fenomen.

Consecința teoriei stereochimice a van't Hoff a fost o dovadă a faptului că atomul de carbon nu este plat, ca de valență patru legături sunt convertite la înălțimile unui imaginar tetraedru.

Structura spațială piramidală a moleculelor organice

Pe baza rezultatelor studiilor van't Hoff și studiile sale, fiecare schelet de carbon din substanța organică poate fi prezentată sub forma tetraedrului. Deci, putem lua în considerare legăturile 4 posibila formare cauzele C-C și explica structura acestor molecule.

Primul caz - când molecula este un singur atom de carbon care conduce la obținerea 4 datorită protoni de hidrogen. Structura spațială a moleculei de metan este aproape exact conturul unui tetraedru, însă unghiul de valență schimbat ușor datorită interacțiunii atomilor de hidrogen.

Formarea unei legături chimice C-C poate fi reprezentat ca două piramide care sunt unite printr-un vârf comun. De o astfel de construcție a moleculei se poate observa că aceste tetraedre poate fi rotit în jurul axei sale și poziția de schimbare în mod liber. Dacă luăm în considerare acest sistem ca un exemplu de molecule de etan, de carbon în scheletul sunt într-adevăr în măsură să se rotească. Cu toate acestea, două dispoziții specifice ale preferat energetic avantajos ca hidrogenul din proiecția Newman nu se suprapun.

Structura spațială a moleculei de etilenă treia variantă exemplifică formarea de legături C-C, atunci când cei doi au un tetraedru comun legat, adică se intersectează în două vârfuri adiacente. Devine clar că, din cauza unei astfel de mișcare a moleculelor stereometric atomi de carbon, poziția în raport cu axa sa este dificilă, deoarece Este nevoie de rupere unul dintre link-uri. Dar, devine posibil să se formeze izomerii cis și trans ai substanțelor ca doi radicali liberi pe fiecare carbon pot fi situate fie specularly sau în cruce.

Cis și moleculele trans explică existența acidului fumărie și acidul maleic. Între atomii de carbon din aceste molecule se formează două legături, și fiecare dintre ele au un atom de hidrogen și gruparea COOH.

Acest din urmă caz, care caracterizează structura moleculară spațială poate fi reprezentată de două piramide care au o față comună și îmbinate împreună cu trei noduri. Un exemplu este molecula de acetilenă.

În primul rând, aceste molecule nu au cis- sau izomeri trans. În al doilea rând, atomii de carbon nu sunt capabile să se rotească în jurul axei sale. Și în al treilea rând, toți atomii și radicalii sunt situate pe o axă și unghiul de legătură este de 180 de grade.

Desigur, cazurile descrise pot fi aplicate substanțelor care schelet conține mai mult de doi atomi de hidrogen. Principiul construcției stereometric a acestor molecule este menținută.

Structura spațială a moleculelor anorganicele

Formarea de legături covalente în compuși anorganici printr - un mecanism similar cu cel al substanțelor organice. Pentru formarea legăturii necesită o pereche de electroni singuri ai celor doi atomi care formează norul de electroni totală.

Suprapunerea orbitali în formarea unei legături covalente are loc pe o linie a nucleelor atomice. Dacă atom formează două sau mai multe comunicare, distanța dintre ele se caracterizează prin unghiul de legătură.

Dacă luăm în considerare molecula de apa, care este format prin atomi de oxigen și un atom de hidrogen doi, unghiul de valență ar trebui în mod ideal , ar ajunge la 90 de grade. Cu toate acestea, studiile experimentale au arătat că această valoare este de 104,5 grade. Structura spațială a moleculelor este diferită de prezise teoretic de prezența forțelor de interacțiune dintre atomii de hidrogen. Ele se resping reciproc, crescând astfel unghiul de legătură între ele.

Sp-hibridizare

Hibridizarea - o teorie a formării acelorași orbitalii hibrizi ai moleculei. Acest fenomen se produce din cauza atomului central de perechi de electroni lone la diferite nivele de energie.

De exemplu, ia în considerare formarea de legături covalente BeCl2 moleculă. perechi de electroni beriliului singuri sunt pe s si p nivelurile, care, în teorie, ar trebui să provoace formarea unui colț dur al moleculei. Cu toate acestea, în practică, acestea sunt liniare, iar unghiul de legătură este de 180 de grade.

Sp-hibridizare este utilizat în formarea a două legături covalente. Cu toate acestea, există și alte tipuri de formare a orbitali hibride.

Sp2-hibridizare

Acest tip de hibridizare este responsabil pentru structura spațială a moleculelor cu trei legături covalente. Un exemplu este molecula BCI3. atom de bariu central are trei perechi de electroni nepuse: două la nivelul p-și unul la nivel s.

Trei legături covalente pentru a forma o moleculă care este situată în același plan, iar unghiul de legătură este de 120 de grade.

Sp3-hibridizare

O altă realizare a formării orbitalilor hibride când atomul centrală are perechi de electroni nepuse 4: 3 la un nivel p și pentru nivelul s'1. Un exemplu de astfel de substanțe - metan. Structura spațială a moleculei de metan este tetraerd, în care unghiul de legătură este de 109,5 grade. Schimbarea unghiului este caracterizat prin reacția dintre atomi de hidrogen cu altele.