전자 현미경은 모호하고 흐린 이미지를 보여 주더라도 원자와 분자의 정확한 모양과 구조를 명확하게 묘사 할 수 없습니다. AP 화학 수업에서 일부 분자의 결합 각도가 109.5 도라는 것을 배웠습니다. 결합을 현미경으로 정확하게 관찰 할 수없는 경우이 결합 각도는 어떻게 정확하게 결정됩니까?
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- en.wikipedia.org/wiki/Molecular_geometry
답변
결정 격자 (고체)에서 서로 원자의 위치는 X 선 결정학에 의해 결정될 수 있습니다. 이러한 위치에서 결합 길이와 결합 각도도 정확하게 계산할 수 있습니다.
분자의 기하학적 구조를 풀 때 가장 기억에 남는 사례는 Franklin과 Gosling 일 것입니다. “DNA의 X- 선 결정학 , 나중에 Watson과 Crick이 DNA 구조의 신비를 풀기 위해 사용하는 정보입니다.
많은 단순한 (이진) 화합물의 경우 분자 모양 과 결합 각도도 이론적으로 결정할 수 있습니다 (링크 참조).
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- I ' 기체 상태에서 (단순한) 분자의 결합 각도 (결합 길이뿐만 아니라)가 회전 분광법에 의해 결정될 수 있음을 추가하고 싶습니다. 분자의 회전 스펙트럼을 취하면 원자의 질량과 원자의 상대적 위치에 따라 달라지는 회전 상수를 결정할 수 있습니다. 하나 이상의 원자가 다른 동위 원소 (예 : H는 D)로 대체 될 때 Born-Oppenheimer 근사치는 분자 내 원자의 상대적 위치가 변하지 않는다는 것을 알려줍니다 (전자 SE에서 모든 핵은 무한 질량으로 간주됩니다. 첫 번째 순서로).
- 회전 상수는 물론 변경되며 상대 위치를 결정할 수 있습니다. 물론 분자가 클수록 더 많은 치환이 필요합니다. 필요한 방정식을 Kraitchman 방정식이라고합니다.
Answer
우리는 원자가-쉘 전자쌍 반발력 ( VSEPR) 모델을 사용하여 공유 결합 된 분자 및 이온의 기하학적 구조를 예측합니다. 예측 된 모델과 각도가 결정된 후 분자의 진동 모드를 기반으로 비 상대적 슈뢰딩거 방정식을 사용하여 계산을 수행하고이를 분광 데이터와 비교하여 일치시킵니다.
이 자습서 ,
VSEPR 모델은 다음과 같은 방법으로 설명 할 수 있습니다. 우리는 원자가 원자가 전자의 외부 껍질을 가지고 있음을 알고 있습니다. 이러한 원자가 전자는 단일, 이중 또는 삼중 결합의 형성에 관여하거나 공유되지 않을 수 있습니다. 공유되지 않거나 결합에있는 각 전자 세트는 음으로 하전 된 공간 영역을 생성합니다. 우리는 이미 같은 혐의가 서로 격퇴한다는 것을 배웠습니다. VSEPR 모델은 원자 주위에 전자 또는 전자 구름을 포함하는 다양한 영역이 확산되어 각 영역이 가능한 한 다른 영역과 멀리 떨어져 있다고 말합니다.
109.5 도의 각도를 언급합니다. 이 각도는 중심 원자 주위에 4 개의 높은 전자 밀도 영역이있는 구조를 나타냅니다.
다음 루이스 구조는 중심 원자가 4 개의 높은 전자 밀도 구름으로 둘러싸인 3 개의 분자를 보여줍니다.
여기 에서 다시 인용,
이 분자들은 각각의 중심 원자가 4 쌍의 전자로 둘러싸여 있다는 점에서 비슷하지만 중심 원자에서 공유되지 않는 전자쌍의 수가 다릅니다. 비록 우리가 그것들을 평면에 그렸지만 분자는 3 차원 적이며 원자는 종이의 평면 앞이나 뒤에있을 수 있음을 기억하십시오. VSEPR 이론은 이러한 분자에 대해 어떤 기하학을 예측합니까?
메탄, CH4의 모양을 예측합시다. 메탄의 루이스 구조는 4 개의 분리 된 높은 전자 밀도 영역으로 둘러싸인 중심 원자를 보여줍니다. 각 영역은 탄소 원자를 수소 원자에 결합하는 한 쌍의 전자로 구성됩니다. VSEPR 모델에 따르면, 이러한 높은 전자 밀도 영역은 중앙 탄소 원자에서 가능한 한 서로 멀어 지도록 퍼져 있습니다.
스티로폼을 사용하여 결과 모양을 예측할 수 있습니다. 공 또는 마시멜로와 4 개의 이쑤시개. 이쑤시개를 공에 찌르고 이쑤시개의 자유 끝이 가능한 한 서로 멀리 떨어져 있는지 확인하십시오. 올바르게 배치 한 경우 두 이쑤시개 사이의 각도는 109.5 °가됩니다.이제이 모델을 삼각형 종이 4 장으로 덮으면 정사면체라는 4 면체를 만들 수 있습니다. 그림 7.8은 (a) 메탄에 대한 루이스 구조, (b) 중심 탄소 원자 주변의 높은 전자 밀도 영역 4 면체 배열, (c) 메탄 공간 채우기 모델을 보여줍니다.
VSEPR 모델에서 적절한 결합 각도를 예측하면이 모델을 기반으로합니다. , 비 상대 론적 슈뢰딩거 방정식을 사용하여 분자의 다양한 진동 모드와 관련된 에너지 계산을 시작할 수 있습니다. 그런 다음 이러한 결과를 분광 데이터에서 관찰 된 값과 비교하여 모델이 올바른지 확인합니다.
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@StarDrop, 다른 사이트에서 직접 텍스트 나 이미지를 사용할 때 최소한 소스를 인정하고 인용하는 것입니다. 이상적으로는 콘텐츠에 대한 라이선스가 적절한 지 확인해야하지만 출처를 인정하는 것은 좋은 장학금입니다.