Az elektronmikroszkópok nem képesek egyértelműen ábrázolni az atomok és molekulák pontos alakját és szerkezetét, annak ellenére, hogy homályos, felhős képet mutatnak. AP kémiai osztályomban megtanultam, hogy egyes molekulák kötési szöge 109,5 fok. Hogyan lehet ilyen pontosan meghatározni ezt a kötési szöget, ha a kötéseket nem lehet pontosan megfigyelni mikroszkóppal?
Megjegyzések
- hu.wikipedia.org/wiki/Molekuláris_geometria
Válasz
A kristályrácsban (szilárd anyag) egymásnak megfelelő atomok helyzete röntgenkristályográfiával határozható meg. Ezekből a pozíciókból a kötés hossza és a kötés szöge is pontosan kiszámítható.
Valószínűleg a legemlékezetesebb eset a molekula geometriai szerkezetének megoldásában Franklin és Gosling A DNS röntgenkristályográfiája , később Watson és Crick felhasználta a DNS szerkezetének rejtélyének feloldására szolgáló információkat.
Sok egyszerű (bináris) vegyületnél molekuláris alakok és kötési szögek elméletileg is meghatározhatók (lásd a linket).
Megjegyzések
- I ' szeretnék hozzátenni, hogy az (egyszerű) molekulák kötési szögei (valamint kötéshosszai) a gázfázisban rotációs spektroszkópiával határozhatók meg. Amikor egy molekula forgási spektrumát vesszük, meghatározhatjuk azokat a forgási állandókat, amelyek az atomok tömegétől és az atomok relatív helyzetétől függenek. Ha egy vagy több atomot egy másik izotóppal helyettesítünk (pl. D = H), a Born-Oppenheimer-közelítés azt mondja, hogy az atomok relatív helyzete a molekulában nem változik (az elektronikus SE-ben az összes magot végtelen tömegűnek tekintjük). első rendre).
- A forgási állandók természetesen változnak és ezek változásából a relatív pozíciók meghatározhatók. Természetesen minél nagyobb a molekula, annál több szubsztitúcióra van szükség. A szükséges egyenleteket Kraitchman-egyenleteknek nevezzük.
Válasz
Valence-shell elektron-pár taszítást használunk ( VSEPR) modell a kovalensen kötött molekulák és ionok geometriájának előrejelzésére. A megjósolt modell és szögek meghatározása után a nem-relativisztikus Schrodinger-egyenlet segítségével számításokat végzünk a molekula rezgési módjai alapján, és összehasonlítás céljából összehasonlítjuk ezeket a spektroszkópiai adatokkal.
Idézet a következőből: ez az oktatóanyag ,
A VSEPR modell a következőképpen magyarázható. Tudjuk, hogy egy atomnak külső vegyérték elektronja van. Ezek a vegyérték elektronok részt vehetnek az egyszeres, kettős vagy hármas kötések kialakulásában, vagy nem oszthatók meg. Minden elektronkészlet, akár meg nem osztott, akár kötésben van, negatív töltésű térrészt hoz létre. Megtudtuk már, hogy a vádak hasonlóan taszítják egymást. A VSEPR modell azt állítja, hogy az atomokat körülvevő elektronokat vagy elektronfelhőket tartalmazó különféle régiók szétszóródnak, így az egyes régiók a lehető legtávolabb vannak a többitől. 109,5 fokos szöget említ. Ez a szög azokra a struktúrákra utal, amelyek négy nagy elektronsűrűségű régióval rendelkeznek a központi atom körül.
A következő Lewis-struktúrák három olyan molekulát mutatnak, amelyek központi atomját négy nagy elektronsűrűségű felhő veszi körül:
Ismét idézek innen ,
Ezek a molekulák annyiban hasonlítanak egymásra, hogy mindegyik központi atomot négy elektronpár veszi körül, de különböznek a központi atom meg nem osztott elektronpárjainak számától. Ne feledje, hogy bár síkban rajzoltuk őket, a molekulák háromdimenziósak, és az atomok a papír síkja előtt vagy mögött lehetnek. Milyen geometriát jósol ezekre a molekulákra a VSEPR elmélet?
Megjósoljuk a metán, CH4 alakját. A metán Lewis-szerkezete egy központi atomot mutat, amelyet négy különálló, nagy elektronsűrűségű régió vesz körül. Minden régió egy elektronpárból áll, amelyek a szénatomot hidrogénatomhoz kötik. A VSEPR modell szerint ezek a nagy elektronsűrűségű régiók úgy szétterjednek a központi szénatomtól, hogy a lehető legtávolabb legyenek egymástól.
Az így kapott alakot hungarocell segítségével előre megjósolhatja. labda vagy pillecukor és négy fogpiszkáló. Dugja be a fogpiszkálót a labdába, ügyelve arra, hogy a fogpiszkáló szabad végei a lehető legtávolabb legyenek egymástól. Ha helyesen helyezte el őket, a két fogpiszkáló szöge 109,5 ° lesz.Ha most ezt a modellt négy háromszög alakú papírdarabbal borítja, akkor egy négyoldalas ábrát épít, amelyet szabályos tetraédernek nevezünk. A 7.8. Ábra mutatja (a) a metán Lewis-szerkezetét, (b) a nagy szénsűrűségű négy régió tetraéderes elrendezését a központi szénatom körül, és (c) a metán térkitöltő modelljét.
Miután megjósolta a megfelelő kötési szöget a VSEPR modellből, akkor ennek alapján , el lehet kezdeni a molekula különböző rezgési módjaihoz kapcsolódó energia számítását a nem relativisztikus Schrodinger-egyenlet felhasználásával. Ezután összehasonlítjuk ezeket az eredményeket a spektroszkópiai adatokban megfigyelt értékekkel, amelyek igazolják, hogy a modell helyes.
Megjegyzések
@StarDrop, vegye figyelembe, hogy ha más webhelyekről származó szöveget vagy képeket használ, akkor legalább annyit tehet, hogy nyugtázza a forrást és megidézi. Ideális esetben azt is ellenőriznie kell, hogy a tartalom megfelelően licencelt-e, de jó ösztöndíj a források elismerése.