Hoe worden bindingshoeken bepaald?

De posities van atomen ten opzichte van elkaar in een kristalrooster (vast) kunnen worden bepaald met röntgenkristallografie. Vanuit deze posities kunnen bindingslengtes en bindingshoeken ook nauwkeurig worden berekend.

Waarschijnlijk het meest memorabele geval van het oplossen van de geometrische structuur van een molecuul was Franklin en Gosling “s röntgenkristallografie van DNA , informatie die later door Watson en Crick werd gebruikt om het mysterie van de DNA-structuur op te lossen.

Voor veel eenvoudige (binaire) verbindingen moleculaire vormen en bindingshoeken kunnen ook theoretisch worden bepaald (zie link).

Opmerkingen

• I ' zou graag willen toevoegen dat bindingshoeken (evenals bindingslengtes) van (eenvoudige) moleculen in de gasfase kunnen worden bepaald door rotatiespectroscopie. Wanneer men het rotatiespectrum van een molecuul neemt, kan men de rotatieconstanten bepalen die afhangen van de massa van de atomen en de relatieve posities van de atomen. Wanneer een of meer atomen worden vervangen door een ander isotoop (bijvoorbeeld D voor H), vertelt de Born-Oppenheimer-benadering ons dat de relatieve posities van de atomen in het molecuul niet veranderen (in de elektronische SE worden alle kernen geacht een oneindige massa te hebben naar eerste orde).
• De rotatieconstanten veranderen natuurlijk van koers en door de verandering daarvan kunnen de relatieve posities worden bepaald. Hoe groter het molecuul, hoe meer vervangingen er natuurlijk nodig zijn. De benodigde vergelijkingen worden de Kraitchman-vergelijkingen genoemd.

We gebruiken valentie-schil elektronenpaar afstoting ( VSEPR) model om de geometrie van covalent gebonden moleculen en ionen te voorspellen. Nadat het voorspelde model en de voorspelde hoeken zijn bepaald, voeren we berekeningen uit met behulp van de niet-relativistische Schrodinger-vergelijking op basis van de trillingsmodi van het molecuul en vergelijken die met de spectroscopische gegevens voor overeenstemming.

Citeren uit deze tutorial ,

Het VSEPR-model kan op de volgende manier worden uitgelegd. We weten dat een atoom een buitenste schil van valentie-elektronen heeft. Deze valentie-elektronen kunnen betrokken zijn bij de vorming van enkele, dubbele of drievoudige bindingen, of ze kunnen niet worden gedeeld. Elke set elektronen, ongedeeld of in een band, creëert een negatief geladen gebied in de ruimte. We hebben al geleerd dat soortgelijke ladingen elkaar afstoten. Het VSEPR-model stelt dat de verschillende regios die elektronen of elektronenwolken rond een atoom bevatten, zich zo uitspreiden dat elke regio zo ver mogelijk van de andere verwijderd is.

U noemt een hoek van 109,5 graden. Deze hoek verwijst naar structuren met vier gebieden met een hoge elektronendichtheid rond het centrale atoom.

De volgende Lewis-structuren tonen drie moleculen waarvan het centrale atoom omgeven is door vier wolken met een hoge elektronendichtheid:

^{Afbeeldingsbron}

Opnieuw citeren uit hier ,

Deze moleculen lijken op elkaar doordat elk centraal atoom omgeven is door vier elektronenparen, maar ze verschillen in het aantal niet-gedeelde elektronenparen op het centrale atoom. Bedenk dat, hoewel we ze in een vlak hebben getekend, de moleculen driedimensionaal zijn en atomen zich voor of achter het vlak van het papier kunnen bevinden. Welke geometrie voorspelt de VSEPR-theorie voor deze moleculen?

Laten we de vorm van methaan, CH4, voorspellen. De Lewis-structuur van methaan toont een centraal atoom omgeven door vier afzonderlijke gebieden met een hoge elektronendichtheid. Elk gebied bestaat uit een paar elektronen die het koolstofatoom verbinden met een waterstofatoom. Volgens het VSEPR-model spreiden deze gebieden met een hoge elektronendichtheid zich zo uit vanaf het centrale koolstofatoom dat ze zo ver mogelijk van elkaar verwijderd zijn.

Je kunt de resulterende vorm voorspellen met behulp van een piepschuim bal of marshmallow en vier tandenstokers. Steek de tandenstokers in de bal en zorg ervoor dat de vrije uiteinden van de tandenstokers zo ver mogelijk van elkaar verwijderd zijn. Als je ze correct hebt geplaatst, is de hoek tussen twee tandenstokers 109,5 °.Als je dit model nu bedekt met vier driehoekige stukjes papier, heb je een vierzijdige figuur gebouwd die een regelmatige tetraëder wordt genoemd. Figuur 7.8 toont (a) de Lewis-structuur voor methaan, (b) de tetraëdrische opstelling van de vier gebieden met hoge elektronendichtheid rond het centrale koolstofatoom, en (c) een ruimtevullend model van methaan.

^{Afbeeldingsbron}

Zodra u de juiste bindingshoek voorspelt op basis van het VSEPR-model en vervolgens op basis van dit model kan men beginnen met het uitvoeren van berekeningen van energie geassocieerd met verschillende trillingsmodi van het molecuul met behulp van de niet-relativistische Schrodinger-vergelijking. Vervolgens vergelijkt men die resultaten met de waarden die zijn waargenomen in spectroscopische gegevens die verifiëren dat het model correct is.

Opmerkingen

• @ StarDrop, merk op dat wanneer u tekst of afbeeldingen rechtstreeks van andere sites gebruikt, u op zijn minst de bron kunt erkennen en deze kunt citeren. Je zou idealiter ook moeten controleren of de inhoud de juiste licentie heeft, maar het is een goede beurs om je bronnen te erkennen.