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Geometría molecular

Geometría molecular o estructura molecular es los tresdimensional arreglo del átomos eso constituye a molécula, deducido de espectroscópico estudios del compuesto. Determina varias características de una sustancia incluyendo su reactividad, polaridad, fase de la materia, color, magnetismo, y actividad biológica ^{[1] [2]}.

Los geometries moleculares se determinan lo más mejor posible en temperaturas cerca de cero absoluto porque en temperaturas más altas las moléculas demostrarán rotatorio considerable indique. En el de estado sólido la geometría molecular se puede medir cerca Cristalografía de la radiografía. Geometries se puede computar cerca quántum mecánico cálculos o por semi-empírico el modelar molecular. Moléculas más grandes existen a menudo en establo múltiple conformations químicos eso diferencia en su geometría molecular y es separada por las colinas altas en superficie potencial de la energía.

La posición de cada átomo es determinada por la naturaleza del vínculos químicos por cuál está conectada con sus átomos vecinos. La geometría molecular se puede describir por las posiciones de estos átomos en espacio, evocando longitudes en enlace de dos ensambló los átomos, ángulos en enlace de tres átomos conectados, y ángulos de la torsión de tres consecutivo enlaces.

La influencia de la excitación termal

Puesto que los movimientos de los átomos en una molécula son determinados por los mecánicos del quántum, uno debe definir el “movimiento” de una manera mecánica del quántum. Los movimientos mecánicos (externos) traducción y rotación del quántum total cambian apenas la geometría de la molécula. (La rotación influencia hasta cierto punto la geometría vía Fuerzas de Coriolis y distorsión centrífuga, solamente esto es insignificante para el actual tipo de la discusión.) A tercera de movimiento es la vibración, que es el movimiento interno de los átomos en una molécula. Las vibraciones moleculares son armónicas (por lo menos a la buena aproximación), que significa que los átomos oscilan sobre su equilibrio, incluso en el cero absoluto de la temperatura. En cero absoluto todos los átomos están en su estado de tierra vibratorio y demuestran el movimiento mecánico del quántum cero del punto, es decir, el wavefunction de un solo modo vibratorio es un no pico agudo, sino un exponencial de la anchura finita. En temperaturas más altas los modos vibratorios se pueden excitar termal (en una interpretación clásica una expresa esto indicando eso “que las moléculas vibrarán más rápidamente”), pero todavía oscilan alrededor de la geometría reconocible de la molécula.

Para conseguir una sensación para la probabilidad que la vibración de la molécula pueda ser excitada termal, examinamos Factor de Boltzmann , donde ΔE es la energía de la excitación del modo vibratorio, k Constante de Boltzmann y T la temperatura absoluta. En 298K (°C 25), los valores típicos para el factor de Boltzmann están: ΔE = 500 centímetros^-1 --> 0.089; ΔE = 1000 centímetros^-1 --> 0.008; ΔE = 1500 centímetros^-1 --> 7 10^-4. Es decir, si la energía de la excitación es 500 centímetros^-1, entonces los cerca de 9% de las moléculas se excitan termal en la temperatura ambiente. La energía vibratoria de la excitación más baja del agua es el modo de flexión (cerca de 1600 centímetros^-1). Así, en la temperatura ambiente menos de 0.07% de todas las moléculas de una cantidad dada de agua vibrará más rápidamente que en cero absoluto.

Como se declaró anteriormente, la rotación influencia apenas la geometría molecular. Pero, como movimiento mecánico del quántum, se excita termal en relativamente (con respecto a la vibración) las bajas temperaturas. Desde un punto de vista clásico puede ser indicado que más moléculas rotan más rápidamente en temperaturas más altas, es decir, tienen más grande velocidad angular y ímpetu angular. En del quántum lengua mecánicamente: más eigenstates de un ímpetu angular más alto se pueblan termal con temperaturas de levantamiento. Las energías rotatorias típicas de la excitación están en la orden de algún centímetro^-1.

Los resultados de muchos experimentos espectroscópicos se ensanchan porque implican estados rotatorios excesivos que hacen un promedio. Es a menudo difícil extraer geometries de espectros en las temperaturas altas, porque el número de estados rotatorios sondó en los aumentos medios experimentales con el aumento de temperatura. Así, muchas observaciones espectroscópicas se pueden esperar solamente para rendir geometries moleculares confiables en las temperaturas cerca de cero absoluto, porque en temperaturas más altas demasiados estados rotatorios más altos se pueblan termal.

Vinculación

Las moléculas, por la definición, se ligan lo más a menudo posible con enlaces covalentes se llaman los enlaces solos, dobles, y/o triples de la participación, donde está un par un “enlace” compartido de los electrones (el otro método de enlazar entre los átomos vinculación iónica e implica un positivo catión y una negativa anión).

Los geometries moleculares se pueden especificar en términos de longitudes en enlace, ángulos en enlace y ángulos torsionales. La longitud en enlace se define para ser la distancia media entre los centros de dos átomos enlazados juntos en cualquier molécula dada. Un ángulo en enlace es el ángulo formado por tres átomos enlazados juntos. Para cuatro átomos enlazó junto en una cadena recta, el ángulo torsional es el ángulo entre el plano formado por los primeros tres átomos y el plano formado por los tres átomos pasados.

La geometría molecular es determinada por quántum mecánico comportamiento de los electrones. El usar aproximación en enlace de la valencia esto se puede entender por el tipo de enlaces entre los átomos que componen la molécula. Antes de átomos obre recíprocamente a la forma a vínculo químico, los orbitarios atómicos se mezclan en un proceso llamado hibridación orbital. Los dos tipos mas comunes de enlaces son Enlaces de la sigma y Enlaces del pi. La geometría se puede también entender cerca teoría orbital molecular donde están los electrones delocalised.

Una comprensión del comportamiento del wavelike de electrones en átomos y moléculas es el tema de química del quántum.

Isómeros

Isómeros son los tipos de moléculas que compartan un fórmula químico pero tienen diversos geometries, dando por resultado características muy diversas:

• A puro la sustancia se compone de solamente un tipo de isómero de una molécula (toda tiene la misma estructura geométrica).

• Isómeros estructurales tenga el mismo fórmula químico pero diversos arreglos físicos, formando a menudo geometries moleculares alternos con características muy diversas. Los átomos no se enlazan (conectado) juntos en las mismas órdenes.
  • Isómeros funcionales son las clases especiales de isómeros estructurales, donde ciertos grupos de átomos exhiben una clase especial de comportamiento, tal como un éter o un alcohol.

• Stereoisomers puede tener muchas características fisicoquímicas similares (punto de fusión, punto que hierve) y al mismo tiempo muy diferente bioquímico actividades. Esto es porque exhiben a uso de las manos eso se encuentra comúnmente en sistemas vivos. Una manifestación de esto chirality o el uso de las manos es que tienen la capacidad de rotar luz polarizada en diversas direcciones.

• Plegamiento de la proteína se refiere a los geometries complejos y a los diversos isómeros eso proteínas puede tomar.

Tipos de estructura molecular

Artículo principal: Método de VSEPR Theory#AXE

Hay seis tipos básicos de la forma para las moléculas

• En un modelo linear, los átomos están conectados en una línea recta. Los ángulos en enlace se fijan en 180°. Un ángulo en enlace es muy simplemente el ángulo geométrico entre dos enlaces adyacentes. Por ejemplo, el bióxido de carbono tiene una forma molecular linear.
• Apenas de su nombre, puede ser dicho fácilmente que las moléculas con trigonal planar la forma es algo triangular y en una plano (significando una superficie plana). Por lo tanto, los ángulos en enlace se fijan en 120°. Un ejemplo de esto es trifluoride del boro.
• Tetra significa cuatro, y - hedral se relaciona con una superficie, tan tetraédrico significa casi literalmente “cuatro superficies.” Éste es cuando hay cuatro enlaces todos en un átomo central, sin suplemento unshared electrón pares. De acuerdo con VSEPR (teoría de la repulsión del par del electrón de la valencia-cáscara), ángulos en enlace entre el electrón los enlaces son 109.5°. Un ejemplo de a tetraédrico la molécula es metano (CH₄).
• Octa- significa ocho, y - hedral se relaciona con una superficie, tan octaédrico significa casi literalmente “ocho superficies.” El ángulo en enlace es 90 grados. Un ejemplo del octaédrico la molécula es hexafluoride del sulfuro (SF₆).
• Pyramidal-formado moléculas tenga pirámide-como formas. Desemejante de linear y trigonal planar formas pero similar a tetraédrico la orientación, las formas pyramidal requiere tres dimensiones para separar completamente los electrones. Aquí, hay solamente tres pares de electrones consolidados, dejando uno unshared par. Los ángulos en enlace son 107.3°. Un ejemplo es NH₃ (amoníaco).
• La forma básica final de una molécula es la forma no linear, también conocida según lo doblado o angular. Una de las moléculas lo más indiscutiblemente posible importantes cualquier estudio del químico es agua, o H₂O. Una molécula de agua tiene una forma no linear porque tiene dos pares de electrones consolidados y dos unshared pares. Como en los otros arreglos, los electrones se deben espaciar lo más lejos posible. Por lo tanto, los ángulos en enlace aquí son 104.5°.

Tabla de VSEPR

Vea también

• Teoría de VSEPR
• El modelar molecular
• Software para modelar molecular

Acoplamientos externos

• Enlaces covalentes y estructura molecular
• Software libre para validar la geometría en las estructuras macromoleculares (proteína, DNA, RNA).
• Servidores libres eso puede validar la geometría en las estructuras macromoleculares (proteína, DNA, RNA).
• 3D Chem - Química, estructuras, y moléculas 3D
• IUMSC - Centro molecular de la estructura de la universidad de Indiana
• geometries moleculares

Referencias