Prostorska struktura molekul anorganskih in organskih snovi

Prostorska struktura molekul anorganskih in organske snovi

Kaj je stereometrija?

Stereometrija je del kemije, ki pojasnjuje lastnosti molekul snov, ki temelji na svoji strukturi. Poleg tega igra pomembna vloga prostorske predstavitve molekul. je ključnega pomena za razkroj številnih bioorganskih pojavov.

Stereometrija je niz osnovnih pravil, s katerimi je mogoče skoraj vsako molekulo predstaviti v razsutem stanju. Slabost bruto formuli, napisan na običajen list papirja, je njihova nesposobnost razkrivajo popoln seznam lastnosti preskusne substance.

Primer bi lahko bil fumarna kislina, ki spada v razred dibaznih. Je slabo topen v vodi, ni strupen in ga je mogoče najti v naravi. Če spremenite prostorsko ureditev skupin COOH, lahko dobite popolnoma drugačno snov - maleinsko kislino. Je zelo topen v vodi, lahko ga je mogoče pridobiti samo umetno, predstavlja nevarnost za ljudi zaradi strupenih lastnosti.

Stereokemijska teorija Van`t Hoffa

V 19. stoletju ideje M. Butlerova o ravnih strukturah katere koli molekule niso mogle razložiti veliko lastnosti snovi, zlasti organske snovi. To je služilo kot spodbuda za pisanje dela Vant-Goffa "Kemija v vesolju", v katerem je z raziskavami na tem področju dopolnil teorijo M. Butlerova. Predstavil je koncept prostorske strukture molekul in pojasnil tudi pomen njegovega odkritja za kemijsko znanost.

Tako se je izkazalo obstoj treh vrst mlečne kisline: mesa, mlečnih in desnosučni fermentacijo mlečne kisline. Na list papirja za vsako od teh snovi strukturna formula bo enaka, prostorska struktura molekul pa pojasnjuje ta pojav.

Posledica stereokemijske teorije Van`t Hoffa je dokaz, da atom ogljika ni ravno, ker njegove štiri valenčne vezi se soočajo z vertikalami imaginarnega tetraedrona.

Piramidna prostorska struktura organskih molekul

Na podlagi ugotovitev Van`t Hoffa in njegovih raziskav je vsak ogljik v okostju organske snovi lahko predstavljen kot tetraeder. Zato lahko preučimo 4 možne primere nastanka CC vez in razložimo strukturo takšnih molekul.

Prvi primer je, ko je molekula en sam ogljikov atom, ki tvori štiri vezi z vodikovimi protoni. Prostorska struktura molekul metana skoraj popolnoma ponavlja kontekst tetraedrona, vendar pa je valenčni kot nekoliko spremenjen zaradi interakcije vodikovih atomov.

Tvorba vezi kemijsko C-C lahko predstavimo kot dve piramid, ki so povezane s skupnim vrhom. So narejena tako, molekule je razvidno, da se te tetraedri lahko zavrti okoli svoje osi in spremembe položaja prosto. Če upoštevamo ta sistem kot primer molekule etana, se lahko ogljik v okostju vrti. Vendar se iz dveh značilnih položajev daje prednost energijsko ugodnemu, ko se vodik v projekciji Newman ne prekriva.

Prostorska struktura molekule etilena služi kot primer tretje variante tvorbe vezi C-C, ko sta dve tetrahedri ena pogosta obraza, t.j. sekajo vzdolž dveh sosednjih tock. Pojavlja se, da je zaradi tega stereometričnega položaja molekule gibanje atomov ogljika glede na njegovo os težko, ker zahteva prekinitev ene od povezav. Toda postane mogoče tvoriti cis- in trans-izomere snovi, t. dva prosta radikala iz vsakega ogljika se lahko namestita v ogledalo ali navzkrižno.

Cis in prenos molekule pojasnjujeta obstoj fumaričnih in maleinskih kislin. Med atomi ogljika v teh molekulah se oblikujejo dve vezi, in vsaka od njih ima eno atom vodika in COOH skupino.

Zadnji primer, ki opisuje prostorsko strukturo molekul, lahko predstavljata dve piramidi, ki imajo eno skupno obraz in sta povezani s tremi tockami. Primer je molekula acetilena.

Prvič, takšne molekule nimajo cis- ali trans-izomerov. Drugič, atomi ogljika se ne morejo vrteti okoli svoje osi. In tretjič, vsi atomi in njihovi radikali se nahajajo na eni osi, valenčni kot je 180 stopinj.

Seveda lahko opisane primere uporabimo za snovi, katerih okostnjak vsebuje več kot dva atoma vodika. Ohranjeno je načelo stereometrične konstrukcije takšnih molekul.

Prostorska struktura molekul anorganskih snovi

Izobraževanje: kovalentne vezi v anorganskih spojinah je podoben mehanizmu kot pri organskih snoveh. Za oblikovanje vezi je potrebno imeti nezahtevane elektronske pare v dveh atomih, ki tvorita skupni elektronski oblak.

Prekrivanje orbitalov med nastankom kovalentne vezi poteka vzdolž ene črte atomskih jeder. Če atom oblikuje dve ali več vezi, potem je razdalja med njimi značilna z velikostjo valenčnega kota.

Če upoštevamo molekula vode, ki ga tvori en atom kisika in dva atoma vodika, bi moral biti valenčni kot v idealu 90 stopinj. Vendar pa so eksperimentalne študije dokazale, da je ta vrednost 104,5 stopinj. Prostorska struktura molekul se razlikuje od teoretično napovedane zaradi prisotnosti sil medsebojnega delovanja med atomi vodika. Odsekata se med seboj, s čimer se poveča kot med njimi.

Sp hibridizacija

Hibridizacija je teorija nastanka identičnih hibridnih orbitalov molekule. Ta pojav se pojavi, ker ima osrednji atom neločljiv elektronski paro na različnih ravneh energije.

Na primer, upoštevajte nastanek kovalentnih vezi molekule BeCl2. V beriliju so nerazporejeni elektronski pari na s in p ravneh, kar bi teoretično moralo povzročiti nastanek neenakomerne kotne molekule. Vendar so v praksi linearni, valenčni kot 180 stopinj.

Sp hibridizacija se uporablja pri tvorbi dveh kovalentnih vezi. Vendar obstajajo tudi druge oblike hibridnih orbitalov.

Sp2 hibridizacija

Ta vrsta hibridizacije je odgovorna za prostorsko strukturo molekul s tremi kovalentnimi vezmi. Primer je molekula BCl3. Centralni atom barij ima tri elektronske parov: dva na ravni p in ena na s-ravni.

Tri kovalentne vezi oblikujejo molekulo, ki se nahaja v eni ravnini, njen valenčni kot je 120 stopinj.

Sp3 hibridizacija

Druga možnost za tvorbo hibridnih orbitalov, ko ima osrednji atom 4 nezasedene elektronske pare: 3 na p-nivoju in 1 na s-ravni. Primer takšne snovi je metan. Prostorska struktura molekul metana je tetraerd z valenčnim kotom 109,5 stopinj. Za spremembo kota je značilna medsebojna interakcija vodikovih atomov.