Prostorna struktura molekula anorganskih i organskih tvari

Prostorna struktura molekula anorganskih i organske tvari

Što je stereometrija?

Stereometrija je dio kemije koji objašnjava svojstva molekula tvari koja se temelji na njegovoj strukturi. Štoviše, prostorni prikaz molekula igra važnu ulogu. to je ključ razotkrivanja mnogih bioorganskih fenomena.

Stereometrija je skup osnovnih pravila kojima se gotovo svaka molekula može zastupati u rasutom stanju. Nedostatak grube formule, napisan na redovitom komadu papira, je njegova nemogućnost otkrivanja cjelovitog popisa svojstava tvari koja se razmatra.

Primjer bi mogao biti fumarna kiselina, koja pripada skupini dvobaznih. To je slabo topivo u vodi, a ne otrovno i može se naći u prirodi. Međutim, ako promijenite prostorni raspored COOH skupina, možete dobiti sasvim drugačiju supstanciju - maleinsku kiselinu. Vrlo je topiv u vodi, može se dobiti samo umjetno, predstavlja opasnost za ljude zbog toksičnih svojstava.

Stereokemijska teorija Van`t Hoffa

U 19. stoljeću ideje M. Butlerova na ravnoj strukturi bilo koje molekule nisu mogle objasniti mnoga svojstva tvari, posebice organske tvari. To je služilo kao poticaj za pisanje djela Vant-Goffa "Chemistry in Space", u kojem je dopunio teoriju M. Butlerova svojim istraživanjima u ovom području. Uveo je koncept prostornog ustroja molekula, te je objasnio važnost njegovog otkrića za kemijsku znanost.

Tako je dokazano postojanje tri vrste mliječne kiseline: mesno mlijeko, desno-korača i fermentacija mliječne kiseline. Na listi papira za svaku od tih tvari strukturna formula bit će isti, ali prostorna struktura molekula objašnjava taj fenomen.

Posljedica stereokemijske teorije Van`t Hoffa bila je dokaz činjenice da ugljikov atom nije ravna, jer njezine četiri valentne veze suočavaju se s vrhovima zamišljenog tetraedra.

Piramidalna prostornu strukturu organskih molekula

Na temelju svojih nalaza Van`t Hoffa i njegovih istraživanja, svaki ugljik u kosturu organske tvari može se predstaviti kao tetraedar. Tako možemo razmotriti 4 moguća slučaja formiranja CC veza i objasniti strukturu takvih molekula.

Prvi slučaj je kada molekula je jedan ugljikov atom koji tvori četiri veze s vodikovim protonom. Prostorna struktura molekula metana gotovo u potpunosti ponavlja obris tetraedara, međutim, kut valencije se neznatno mijenja zbog interakcije vodikovih atoma.

Oblikovanje jedne kemijske veze C-C može se prikazati u obliku dvije piramide, koje su međusobno povezane zajedničkim vrhom. Iz ove konstrukcije molekule može se vidjeti da se ove tetraedre mogu okretati oko svoje osi i slobodno mijenjati svoj položaj. Ako uzmemo u obzir ovaj sustav kao primjer etanske molekule, ugljik u kosturu zaista može rotirati. Međutim, s dvije karakteristične pozicije, prednost se daje energetski povoljnoj kad se vodik u Newmanovoj projekciji ne preklapa.

Prostorna struktura etilenske molekule služi kao primjer treće varijante formiranja C-C veza, kada dvije tetraedre imaju jedno zajedničko lice, tj. presijecati dva susjedna vrha. Postaje jasno da je, zbog ovog stereometrijskog položaja molekule, kretanje atoma ugljika u odnosu na njegovu osi teško, jer zahtijeva prekidanje jedne od veza. Ali postaje moguće stvoriti cis- i trans-izomere tvari, t. dva slobodna radikala iz svakog ugljika mogu se nalaziti bilo u zrcalu ili poprečno.

Cis i transpozicija molekule objašnjava postojanje fumarnih i maleinskih kiselina. Između ugljikovih atoma u tim molekulama nastaju dvije veze, a svaka od njih ima jednu vodikov atom i COOH skupina.

Posljednji slučaj, koji karakterizira prostornu strukturu molekula, može biti predstavljen s dvije piramide, koje imaju jedno zajedničko lice i povezane su s tri vertices. Primjer je acetilenska molekula.

Prvo, takve molekule nemaju cis- ili trans-izomere. Drugo, atomi ugljika ne mogu rotirati oko svoje osi. I treće, svi atomi i njihovi radikali nalaze se na jednoj osi, a kut valencije je 180 stupnjeva.

Naravno, opisani slučajevi mogu se primijeniti na tvari čiji kostur sadrži više od dva vodikova atoma. Sačuvano je načelo stereometrijske konstrukcije takvih molekula.

Prostorna struktura molekula anorganskih tvari

formacija kovalentne veze u anorganskim spojevima je sličan mehanizmu s onim organskih tvari. Da bi se formirala veza, potrebno je imati nepovezane parove elektrona u dva atoma, koji tvore zajednički elektronički oblak.

Preklapanje orbita tijekom nastanka kovalentne veze događa se duž jedne linije atomske jezgre. Ako atom formira dvije ili više veza, tada je udaljenost između njih karakterizirana veličinom valentnog kuta.

Ako uzmemo u obzir molekula vode, koji je formiran od jednog atoma kisika i dva atoma vodika, valentni kut u idealnom bi trebao biti 90 stupnjeva. Međutim, eksperimentalne studije pokazale su da je ta vrijednost 104,5 stupnjeva. Prostorna struktura molekula razlikuje se od teorijskog predviđanja zbog prisutnosti sila interakcije između vodikovih atoma. Oni se odbijaju jedni druge, čime se povećava kut valencije između njih.

Sp hibridizacija

Hibridizacija je teorija stvaranja identičnih hibridnih orbitala molekule. Taj fenomen nastaje zbog toga što središnji atom ima nepovezane elektronske parove na različitim energetskim razinama.

Na primjer, razmislite o stvaranju kovalentnih veza molekule BeCl2. U berilijumu, nepovezani elektronski parovi nalaze se na s i p razinama, što bi u teoriji trebalo uzrokovati stvaranje nejednake kutne molekule. Međutim, u praksi su linearni, a kut valencije je 180 stupnjeva.

Sp hibridizacija se koristi za formiranje dvije kovalentne veze. Međutim, postoje i druge vrste stvaranja hibridnih orbitala.

Sp2 hibridizacija

Ova vrsta hibridizacije odgovorna je za prostornu strukturu molekula s tri kovalentne veze. Primjer je molekula BCl3. Središnji atom barija ima tri nepodijeljena parova elektrona: dva na p razini i jedan na s-razini.

Tri kovalentne veze tvore molekulu koja se nalazi u jednoj ravnini, a kut valencije je 120 stupnjeva.

Sp3 hibridizacija

Druga mogućnost za stvaranje hibridnih orbita, kada središnji atom ima 4 nepodijeljena parova elektrona: 3 na p razini i 1 na razini s. Primjer takve tvari je metan. Prostorna struktura molekula metana je tetraerd s valencijskim kutom od 109,5 stupnjeva. Promjena u kutu karakterizira međudjelovanje atoma vodika jedan s drugim.