Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3-D структури молекул

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    24771

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Навички для розвитку

    • Перерахуйте поширені 3-D конструкції і їх характеристики

    Чому 3-D структури питання?

    3D-структури важливі, оскільки вони можуть мати великий вплив на властивості молекул. Наприклад, вода має дипольний момент, оскільки вона зігнута, а не лінійна. Якби він був лінійним, то не був би великим розчинником для полярних сполук, і все життя було б зовсім іншим. Загалом, форми молекул впливатимуть на те, як вони реагують, оскільки вони визначають полярність (яка може допомогти зібрати молекули разом, щоб реагувати) і підходять (чи можуть реактивні частини наблизитися один до одного). Форми молекул можуть мати і інші ефекти. Розглянемо наступне:

    Формула NaF МГФ 2 ЛаФ 3 SiF 4 ПФ 5 СФ 6
    Температура плавлення (° C) 980 1400 1040 -77 -83 -55

    Зверніть увагу, що відбувається різка зміна температури плавлення між AlF 3 і SiF 4. Ви можете сприймати це як зміну від іонної сполуки до ковалентної сполуки, але різниця в електронегативності між Al і Si не така велика, і обидва набагато менш електронегативні, ніж F. Ми можемо пояснити зміну краще, використовуючи молекулярну структуру, ніж тип зв'язку. У перших 3 структура характерна для іонних сполук. Замість чітко визначених молекул існує чергуюча решітка позитивних і негативних іонів. Кожен катіон оточений 6 іонами фтору, а кожен іон фтору оточений 6, 3 або 2 катіонами (в залежності від формули). Всі іонно-іонні атракціони повинні бути розпушені, щоб розплавити тверду речовину, яка вимагає високої температури. Однак у SiF 4 кожен Si оточений 4 «іонами фтору» (оскільки радіус зменшується по таблиці Менделєєва), що природно утворює тетраедр і, таким чином, чітко відокремлені молекули. Коли молекули упаковуються в тверду речовину, атоми F торкаються інших атомів F, а не атомів Si, і зовсім не притягуються. Це більше стосується PF 5 і SF 6, в яких атоми F оточують центральний атом ще повніше. Таким чином, ці 3 сполуки є молекулярними газами.

    Як ми вимірюємо 3-D структур?

    Ми можемо вимірювати 3D-структури за допомогою декількох різних методів, але рентгенівська кристалографія, мабуть, найпоширеніша. Для малих молекул він зазвичай може сказати вам точні положення всіх атомів до тих пір, поки ви можете виростити хороший кристал. Ці дані включають довжини зв'язків і кути зв'язку.

    Опис 3-D структур

    Вам потрібно буде вивчити назви загальних геометрій, які описують форму зв'язків навколо кожного атома. Вони організовані в наступній діаграмі, виходячи з того, скільки зв'язків робить атом. Якщо молекула має лише один центральний атом, геометрія молекули - це геометрія центрального атома. Якщо є кілька атомів, які мають зв'язки з 2 або більше атомами, ми можемо описати геометрію на кожному.

    Назви різних молекулярних форм. Зверніть увагу, що облігації, показані клинами, виходять зі сторінки, а облігації, показані пунктирними, повертаються за сторінку.

    Прогнозування молекулярних форм (кути зв'язку)

    Структури Льюїса - відмінний спосіб передбачити форми молекул. Основна ідея полягає в тому, що поки всі електрони відштовхуються один від одного, електрони з однаковим спіном відштовхують один одного ще більше. 2 парні електрони з протилежним спіном, що складають зв'язок, можуть перебувати в одній загальній області між ядрами зв'язку (хоча вони все одно намагатимуться уникати один одного в цій області), але електрони з однаковим спіном дійсно повинні давати один одному простір. Результатом є те, що склеювальні та незв'язні електронні пари займають власну площу і намагаються триматися якомога далі один від одного. Площа, яку займає одинока пара або облігація, називається доменом. (Ми турбуємося лише про валентні електрони. Ми можемо думати, що електрони ядра мають власну площу ближче до ядра, хоча насправді це трохи складніше, ніж це.) З тієї ж причини різні частини молекули зазвичай також поширюються, тому різні частини не наближаються і не натикаються на свої електронні пари.

    Ви можете уявити кожну пару електронів як велику м'яку кулю, як на діаграмі. Сполучні пари трохи вужчі, оскільки вони притягуються до 2 ядер і намагаються триматися між ними. Самотні пари трохи лесткіші і займають більше місця, тому що немає іншого ядра, що відтягує їх у певному напрямку. Таким чином, ми можемо очікувати, що кути зв'язку трохи менші, ніж ми могли б подумати, тому що самотні пари займають більше місця і підштовхують зв'язки ближче один до одного. Кілька зв'язків також займають більше місця, ніж поодинокі, але все одно діють як єдиний домен, оскільки вони утримуються тими ж двома атомами.

    Електронно-доменна модель для прогнозування молекулярних форм. Домени одиночних облігацій сині, кілька доменів облігацій зелені, а домени одиноких пар - червоні. Домени перед іншими доменами затінені.

    Довжини облігацій

    Довжини зв'язку залежать від розміру атомів і міцності зв'язків. Загалом, довжина зв'язку зменшується, переходячи від одного зв'язку до подвійного зв'язку до потрійного зв'язку.

    Деякі середні довжини облігацій, в Å

    Бонд r (Å) Бонд r (Å) Бонд r (Å)
    C—C 1.54 С = С 1.34 C≡ C 1.20
    С—Н 1.47 C=N 1.38 C≡ N 1.16
    Н—Н 1,45 N = П 1,25 N≡ N 1.10
    С—О 1.43 С=О 1.20 C≡ О 1.13

    Дописувачі та атрибуція