結合角はどのように決定されますか？

結晶格子（固体）内の互いにそれぞれの原子の位置は、X線結晶学によって決定することができます。これらの位置から、結合長と結合角も正確に計算できます。

おそらく、分子の幾何学的構造を解く最も記憶に残るケースは、フランクリンとゴスリングでした。 「DNAのX線結晶構造解析。後でワトソンとクリックがDNAの構造の謎を解くために使用する情報。

多くの単純な（バイナリ）化合物の場合分子形状と結合角も理論的に決定できます（リンクを参照）。

コメント

• I '気相中の（単純な）分子の結合角（および結合長）は回転分光法で決定できることを付け加えたいと思います。分子の回転スペクトルをとると、原子の質量と原子の相対位置に依存する回転定数を決定できます。 1つまたは複数の原子が別の同位体（たとえば、Hの場合はD）で置換されると、Born-Oppenheimer近似は、分子内の原子の相対位置が変化しないことを示します（電子SEでは、すべての原子核は無限の質量であると見なされます）
• 回転定数はもちろん変化し、それらの変化から相対位置を決定できます。もちろん、分子が大きいほど、より多くの置換が必要になります。必要な方程式はKraitchman方程式と呼ばれます。

原子価殻電子対反発を使用します（共有結合した分子とイオンの形状を予測するためのVSEPR）モデル。予測されたモデルと角度が決定された後、分子の振動モードに基づいて非相対論的シュレディンガー方程式を使用して計算を実行し、それらを分光データと比較して一致させます。

このチュートリアル、

VSEPRモデルは次のように説明できます。原子には価電子の外殻があることがわかっています。これらの価電子は、単結合、二重結合、または三重結合の形成に関与している場合もあれば、共有されていない場合もあります。電子の各セットは、共有されていないか結合しているかにかかわらず、負に帯電した空間領域を作成します。私たちはすでに、同じような電荷が互いに反発することを学びました。 VSEPRモデルは、原子の周りに電子または電子雲を含むさまざまな領域が広がり、各領域が他の領域から可能な限り離れていることを示しています。

あなたは109.5度の角度について言及します。この角度は、中心原子の周りに高電子密度の4つの領域がある構造を指します。

次のルイス構造は、中心原子が高電子密度の4つの雲に囲まれている3つの分子を示しています。

^{画像ソース}

ここから再度引用、

これらの分子は、各中心原子が4対の電子に囲まれているという点で似ていますが、中心原子上の非共有電子対の数が異なります。平面に描いたものの、分子は3次元であり、原子は紙の平面の前または後ろにある可能性があることを忘れないでください。 VSEPR理論はこれらの分子に対してどのような形状を予測しますか？

メタン、CH4の形状を予測しましょう。メタンのルイス構造式は、電子密度の高い4つの別々の領域に囲まれた中心原子を示しています。各領域は、炭素原子を水素原子に結合する電子対で構成されています。 VSEPRモデルによると、電子密度の高いこれらの領域は、中心の炭素原子から可能な限り離れるように広がっています。

発泡スチロールを使用して、結果の形状を予測できます。ボールまたはマシュマロと4本のつまようじ。つまようじをボールに突き刺し、つまようじの自由端が互いにできるだけ離れていることを確認します。それらを正しく配置すると、2つのつまようじの間の角度は109.5°になります。このモデルを4つの三角形の紙で覆うと、正四面体と呼ばれる4面体が作成されます。図7.8は、（a）メタンのルイス構造式、（b）中央の炭素原子の周りの高電子密度の4つの領域の四面体配置、および（c）メタンの空間充填モデルを示しています。

^{画像ソース}

VSEPRモデルから適切な結合角を予測したら、このモデルに基づいて、非相対論的シュレディンガー方程式を使用して、分子のさまざまな振動モードに関連するエネルギーの計算を開始できます。次に、これらの結果を、モデルが正しいことを確認する分光データで観察された値と比較します。

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