Prostorová struktura molekul anorganických a organických látek

Prostorová struktura molekul anorganických a organických látek

Co je to stereometrie?

Stereometrie je část chemie, která vysvětluje vlastnosti molekul látky na základě její struktury. Kromě toho zde hraje důležitou roli prostorová reprezentace molekul. je klíčem k odhalování mnoha bioorganických jevů.

Stereometrie je soubor základních pravidel, kterými lze téměř libovolnou molekulu reprezentovat. Nevýhodou hrubé formulace napsané na běžném papíře je neschopnost zveřejnit úplný seznam vlastností studované látky.

Příkladem může být kyselina fumarová, který patří do třídy dvoubojových. Je špatně rozpustný ve vodě, není jedovatý a může se nalézt v přírodě. Pokud však změníte prostorové uspořádání skupin COOH, získáte úplně jinou látku - kyselinu maleinovou. Je vysoce rozpustný ve vodě, lze ho získat pouze uměle, představuje nebezpečí pro lidi kvůli toxickým vlastnostem.

Stereochemická teorie Van`t Hoffa

V 19. století myšlenky M. Butlerova na ploché struktuře nějaké molekuly nemohly vysvětlit mnoho vlastností látek, zejména organické hmoty. To vedlo k psaní Van`t Hoff fungovat „chemie ve vesmíru“, ve kterém dodal teorie M.Butlerova svůj výzkum v této oblasti. Představil koncept prostorové struktury molekul a také vysvětlil význam jeho objevu pro chemickou vědu.

Bylo prokázáno, že existují tři typy mléčných kyselin: maso-mléko, pravotočivá a mléčná fermentace. Na list papíru pro každou z těchto látek strukturální vzorec budou stejné, ale prostorová struktura molekul vysvětluje tento jev.

Důsledkem stereochemické teorie Van`t Hoffa byl důkaz skutečnosti, že atom uhlíku není plochý, protože jeho čtyři valenční vazby čelí vrcholům imaginárního čtyřstěnu.

Pyramidální prostorová struktura organických molekul

Na základě zjištění Van`tho Hoffa a jeho výzkumů může být každý uhlík v kostře organické hmoty reprezentován jako čtyřstěn. Takže můžeme zvážit 4 možné případy vzniku vazeb CC a vysvětlit strukturu těchto molekul.

První případ je, když molekula je jediný atom uhlíku, který tvoří čtyři vazby s vodíkovými protony. Prostorová struktura molekuly metanu je téměř přesně obrys čtyřstěnu, avšak úhel valence mírně změnila v důsledku interakce vodíkových atomů.

Tvorba jediné chemické vazby C-C může být reprezentována ve formě dvou pyramid, které jsou společně spojeny společným vrcholem. Z této konstrukce molekuly lze vidět, že tyto tetraedry se mohou otáčet kolem své osy a volně měnit svou polohu. Pokud považujeme tento systém za příklad ethanové molekuly, uhlík v kostře je skutečně schopen rotace. Nicméně, ze dvou charakteristických poloh je preferováno energeticky příznivé, když se vodík v projekci Newmanu nepřekrývají.

Prostorová struktura molekuly ethylenu slouží jako příklad třetí varianty tvorby vazeb C-C, jestliže dva tetraedry mají jednu společnou plochu, tj. protínají se podél dvou sousedních vrcholů. Je zřejmé, že vzhledem k této stereometrické poloze molekuly je pohyb atomů uhlíku vzhledem k jeho ose obtížné, protože vyžaduje zlomení jednoho z vazeb. Je však možné vytvořit cis- a trans-izomery látek, t. dva volné radikály z každého uhlíku mohou být umístěny buď v zrcadle nebo v příčném směru.

Cis a transpozice molekuly vysvětlují existenci kyseliny fumarové a kyseliny maleinové. Mezi atomy uhlíku v těchto molekulách se tvoří dvě vazby a každá z nich má jednu atom vodíku a skupina COOH.

V druhém případě, který charakterizuje prostorovou molekulární struktura může být reprezentována dvěma jehlanů, které mají společnou stranu a spojeny dohromady třemi vrcholy. Příkladem je molekula acetylenu.

Nejprve takové molekuly nemají cis- nebo trans-izomery. Zadruhé, atomy uhlíku se nemohou otáčet kolem své osy. A za třetí, všechny atomy a jejich radikály jsou umístěny na jedné ose a úhel valence je 180 stupňů.

Samozřejmě lze popsané případy aplikovat na látky, jejichž kostra obsahuje více než dva atomy vodíku. Zachovává se princip stereometrické konstrukce takových molekul.

Prostorová struktura molekul anorganických látek

Vzdělání: kovalentních vazeb v anorganických sloučeninách je mechanismem podobný mechanismu organických látek. K vytvoření vazby je nutné mít nesdílené elektronové páry ve dvou atomech, které tvoří společný elektronický mrak.

Překrývání orbitálů během tvorby kovalentní vazby probíhá podél jedné linie atomových jader. Pokud atom tvoří dvě nebo více vazeb, potom je vzdálenost mezi nimi charakterizována velikostí úhlu valence.

Zvažujeme molekulu vody, který je tvořen jedním atomem kyslíku a dvěma atomy vodíku, valenční úhel v ideálu by musel být 90 stupňů. Experimentální studie však ukázaly, že tato hodnota je 104,5 stupňů. Prostorová struktura molekul se liší od teoreticky předpokládané kvůli přítomnosti interakčních sil mezi atomy vodíku. Odrazují se navzájem, čímž zvyšují úhel valence mezi nimi.

Sp hybridizace

Hybridizace je teorie tvorby identických hybridních orbitálů molekuly. Tento jev nastane, protože centrální atom má neúčastné elektronové páry na různých úrovních energie.

Zvažte například tvorbu kovalentních vazeb molekuly BeCl2. V Beryllium jsou nezasazené elektronové páry na úrovni s a p, které by teoreticky měly způsobit vznik nerovnoměrné úhlové molekuly. V praxi jsou však lineární a úhel valence je 180 stupňů.

Sp hybridizace se používá při tvorbě dvou kovalentních vazeb. Existují však i jiné formy tvorby hybridních orbitálů.

Sp2 hybridizace

Tento typ hybridizace je zodpovědný za prostorovou strukturu molekul se třemi kovalentními vazbami. Příkladem je molekula BCl3. Centrální atom bária má tři nesdílené elektronové páry: dva na úrovni p a jedno na s-úrovni.

Tři kovalentní vazby tvoří molekulu, která je umístěna v jedné rovině a její úhel valence je 120 stupňů.

Sp3 hybridizace

Další provedení tvorby hybridních orbitalů, kdy centrální atom má Nesdílené elektronové páry 4: 3 v p-úrovni a pro y-1 v krvi. Příkladem takové látky je metan. Prostorová struktura molekuly metanu je tetraerd, vyznačující se tím, že úhel je vazba 109,5 stupňů. Změna úhlu je charakterizována vzájemnou interakcí atomů vodíku.