Structura spațială a moleculelor de substanțe anorganice și organice

Structura spațială a moleculelor anorganice și substanțe organice

Ce este stereometria?

Stereometria este o secțiune de chimie care explică proprietățile moleculelor substanță bazată pe structura sa. Mai mult, reprezentarea spațială a moleculelor joacă un rol important aici. este cheia pentru a descoperi multe fenomene bioorganice.

Stereometria este un set de reguli de bază prin care aproape orice moleculă poate fi reprezentată în vrac. Dezavantajul formulei brute, scris pe o bucată obișnuită de hârtie, este incapacitatea sa de a dezvălui o listă completă a proprietăților substanței studiate.

Un exemplu ar putea fi acidul fumaric, care aparține clasei celor dibazice. Este puțin solubil în apă, nu otrăvitor și poate fi găsit în natură. Cu toate acestea, dacă schimbați aranjamentul spațial al grupurilor COOH, puteți obține o substanță complet diferită - acidul maleic. Este foarte solubil în apă, poate fi obținut numai artificial, reprezintă un pericol pentru oameni datorită proprietăților toxice.

Teoria stereochimică a lui Van`t Hoff

În secolul al XIX-lea, ideile lui M. Butlerov asupra structurii plate a oricărei molecule nu au putut explica multe proprietăți ale substanțelor, în special materiei organice. Acest lucru a servit drept impuls pentru scrierea lucrării lui Vant-Goff "Chimia în spațiu", în care a completat teoria lui M. Butlerov cu cercetarea sa în acest domeniu. El a introdus conceptul structurii spațiale a moleculelor și, de asemenea, a explicat importanța descoperirii sale pentru știința chimică.

Așadar, a fost dovedită existența a trei tipuri de acid lactic: lapte de carne, fermentație dextrootatorie și acid lactic. Pe o foaie de hârtie pentru fiecare dintre aceste substanțe formula structurală vor fi aceleași, dar structura spațială a moleculelor explică acest fenomen.

Consecința teoriei stereochimice a lui Van`t Hoff a fost dovada faptului că atomul de carbon nu este plat, deoarece cele patru legături de valență se confruntă cu vârfurile unui tetraedru imaginar.

Structura spațială piramidală a moleculelor organice

Pe baza descoperirilor lui Van`t Hoff și a investigațiilor sale, fiecare carbon din scheletul materiei organice poate fi reprezentat ca un tetraedru. Deci, putem lua în considerare 4 cazuri posibile de formare a legăturilor CC și explicăm structura unor astfel de molecule.

Primul caz este atunci când o moleculă este un singur atom de carbon care formează patru legături cu protoni de hidrogen. Structura spațială a moleculelor de metan repetă aproape complet conturul tetraedrului, totuși, unghiul de valență este ușor modificat datorită interacțiunii atomilor de hidrogen.

Formarea unei singure legături chimice C-C poate fi reprezentată sub forma a două piramide, care sunt legate între ele printr-un vârf comun. Din această construcție a moleculei se poate observa că aceste tetraedre se pot roti în jurul axei lor și își pot schimba liber poziția. Dacă luăm în considerare acest sistem ca exemplu de moleculă de etan, carbonul din schelet este într-adevăr capabil să se rotească. Cu toate acestea, din două poziții caracteristice, se preferă o energie favorabilă, când hidrogenul din proiecția Newman nu se suprapune.

Structura spațială a moleculei de etilenă servește ca un exemplu de a treia variantă a formării legăturilor C-C, când două tetraedre au o față comună, adică se intersectează de-a lungul a două vârfuri adiacente. Se vede clar că, datorită acestei poziții stereometrice a moleculei, mișcarea atomilor de carbon în raport cu axa sa este dificilă, deoarece necesită ruperea uneia dintre legături. Dar devine posibil să se formeze cis- și trans-izomeri ai substanțelor, doi radicali liberi din fiecare carbon pot fi localizați fie într-o oglindă, fie în transversal.

Cis și transpunerea moleculei explică existența acizilor fumarici și maleic. Între atomii de carbon din aceste molecule se formează două legături și fiecare dintre ele are unul atom de hidrogen și grupul COOH.

Ultimul caz, care caracterizează structura spațială a moleculelor, poate fi reprezentat de două piramide, care au o față comună și sunt legate de trei vârfuri. Un exemplu este molecula acetilenă.

În primul rând, astfel de molecule nu au cis- sau trans-izomeri. În al doilea rând, atomii de carbon nu se pot roti în jurul axei lor. Și în al treilea rând, toți atomii și radicalii lor sunt situați pe o axă, iar unghiul de valență este de 180 de grade.

Desigur, cazurile descrise pot fi aplicate substanțelor a căror schelet conține mai mult de doi atomi de hidrogen. Se păstrează principiul construirii stereometrice a unor astfel de molecule.

Structura spațială a moleculelor de substanțe anorganice

formare legături covalente în compușii anorganici este similar în mecanism cu cel al substanțelor organice. Pentru a forma o legătură, este necesar să avem perechi de electroni împărțite în două atomi, care formează un nor electronic obișnuit.

Suprapunerea orbitalilor în timpul formării unei legături covalente are loc de-a lungul unei linii de nuclee atomice. Dacă un atom formează două sau mai multe legături, atunci distanța dintre ele se caracterizează prin magnitudinea unghiului de valență.

Dacă luăm în considerare molecula de apă, care este format dintr-un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen, unghiul de valență în ideal ar trebui să fie de 90 de grade. Cu toate acestea, studiile experimentale au demonstrat că această valoare este de 104,5 grade. Structura spațială a moleculelor diferă de teoretic prevăzută din cauza prezenței forțelor de interacțiune între atomii de hidrogen. Se resping reciproc, crescând astfel unghiul de valență între ele.

Hibridizare Sp

Hibridizarea este teoria formării orbitalilor hibrizi identici ai unei molecule. Acest fenomen apare deoarece atomul central are perechi de electroni împărțite la diferite niveluri de energie.

De exemplu, luați în considerare formarea legăturilor covalente ale moleculei BeCl2. În Beryllium, perechile de electroni împărțite în comun sunt la nivelele s și p, ceea ce, teoretic, ar trebui să determine formarea unei molecule unghiulare inegale. Cu toate acestea, în practică ele sunt lineare, iar unghiul de valență este de 180 de grade.

Sp hibridizarea este utilizată în formarea a două legături covalente. Cu toate acestea, există și alte tipuri de formare a orbitalilor hibrizi.

Sp2 hibridizare

Acest tip de hibridizare este responsabil pentru structura spațială a moleculelor cu trei legături covalente. Un exemplu este molecula BCl3. Atomul central al bariului are trei perechi de electroni neparticipate: doi la nivelul p și unul la nivelul s-a.

Trei legături covalente formează o moleculă care este situată într-un plan, iar unghiul de valență este de 120 de grade.

Hibridizare Sp3

O altă opțiune pentru formarea orbitalilor hibrizi, atunci când atomul central are 4 perechi de electroni neparticipate: 3 la nivelul p și 1 la nivelul s-a. Un exemplu de astfel de substanță este metanul. Structura spațială a moleculelor de metan este un tetraerd cu un unghi de valență de 109,5 grade. Modificarea unghiului este caracterizată prin interacțiunea dintre atomii de hidrogen una cu cealaltă.