Como os ângulos de ligação são determinados?

O as posições dos átomos respectivos entre si em uma rede de cristal (sólido) podem ser determinadas por cristalografia de raios-X. A partir dessas posições, comprimentos e ângulos de ligação também podem ser calculados com precisão.

Provavelmente, o caso mais memorável de resolver a estrutura geométrica de uma molécula foi Franklin e Gosling Cristalografia de raios-X do DNA , informação usada posteriormente por Watson e Crick para resolver o mistério da estrutura do DNA.

Para muitos compostos simples (binários) formas moleculares e ângulos de ligação também podem ser determinados teoricamente (consulte o link).

Comentários

• I ' d gostaria de adicionar que os ângulos de ligação (bem como os comprimentos de ligação) de moléculas (simples) na fase gasosa podem ser determinados por espectroscopia rotacional. Quando se pega o espectro rotacional de uma molécula, pode-se determinar as constantes rotacionais que dependem das massas dos átomos e das posições relativas dos átomos. Quando um ou mais átomos são substituídos por outro isótopo (por exemplo, D por H), a aproximação de Born-Oppenheimer nos diz que as posições relativas dos átomos na molécula não mudam (no SE eletrônico todos os núcleos são considerados de massa infinita para a primeira ordem).
• As constantes de rotação mudam de curso e, a partir da mudança, as posições relativas podem ser determinadas. Claro, quanto maior a molécula, mais substituições são necessárias. As equações necessárias são chamadas de equações de Kraitchman.

Usamos repulsão de par de elétrons de camada de valência ( VSEPR) modelo para prever a geometria de moléculas covalentemente ligadas e íons. Depois que o modelo previsto e os ângulos são determinados, realizamos cálculos usando a equação não relativística de Schrodinger com base nos modos vibracionais da molécula e os comparamos com os dados espectroscópicos para concordância.

Citando de este tutorial ,

O modelo VSEPR pode ser explicado da seguinte maneira. Sabemos que um átomo tem uma camada externa de elétrons de valência. Esses elétrons de valência podem estar envolvidos na formação de ligações simples, duplas ou triplas, ou podem não estar compartilhados. Cada conjunto de elétrons, não compartilhado ou em uma ligação, cria uma região do espaço com carga negativa. Já aprendemos que cargas semelhantes se repelem. O modelo VSEPR afirma que as várias regiões contendo elétrons ou nuvens de elétrons ao redor de um átomo se espalham de forma que cada região esteja o mais longe possível das outras.

Você mencionou um ângulo de 109,5 graus. Este ângulo se refere a estruturas com quatro regiões de alta densidade de elétrons ao redor do átomo central.

As seguintes estruturas de Lewis mostram três moléculas cujo átomo central está rodeado por quatro nuvens de alta densidade de elétrons:

^{Fonte da imagem}

Citando novamente aqui ,

Essas moléculas são semelhantes porque cada átomo central é rodeado por quatro pares de elétrons, mas diferem no número de pares de elétrons não compartilhados no átomo central. Lembre-se de que, embora as tenhamos desenhado em um plano, as moléculas são tridimensionais e os átomos podem estar na frente ou atrás do plano do papel. Que geometria a teoria VSEPR prevê para essas moléculas?

Vamos prever a forma do metano, CH4. A estrutura de Lewis do metano mostra um átomo central rodeado por quatro regiões separadas de alta densidade de elétrons. Cada região consiste em um par de elétrons ligando o átomo de carbono a um átomo de hidrogênio. De acordo com o modelo VSEPR, essas regiões de alta densidade de elétrons se espalham a partir do átomo de carbono central de forma que fiquem o mais longe possível umas das outras.

Você pode prever a forma resultante usando um isopor bola ou marshmallow e quatro palitos. Insira os palitos na bola, certificando-se de que as pontas livres dos palitos estejam o mais longe possível uma da outra. Se você os posicionou corretamente, o ângulo entre quaisquer dois palitos será de 109,5 °.Se agora você cobrir este modelo com quatro pedaços triangulares de papel, terá construído uma figura de quatro lados chamada tetraedro regular. A Figura 7.8 mostra (a) a estrutura de Lewis para o metano, (b) o arranjo tetraédrico das quatro regiões de alta densidade de elétrons ao redor do átomo de carbono central e (c) um modelo de metano que preenche o espaço.

^{Fonte da imagem}

Depois de prever o ângulo de ligação adequado do modelo VSEPR, com base neste modelo , pode-se começar a realizar cálculos de energia associados a diferentes modos vibracionais da molécula usando a equação de Schrodinger não relativística. Em seguida, comparamos esses resultados aos valores observados em dados espectroscópicos que verificam se o modelo está correto.

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