Cấu trúc không gian của các phân tử của các chất hữu cơ và vô cơ

Cấu trúc không gian của các phân tử vô cơ và các chất hữu cơ có tầm quan trọng lớn trong các mô tả về hóa học và tính chất vật lý. Nếu chúng ta xem xét các vấn đề như bộ bukovok và con số trên giấy không phải lúc nào cũng có thể đi đến kết luận chính xác. Để mô tả nhiều hiện tượng, đặc biệt là những kết hợp với hóa học hữu cơ, nó là cần thiết để biết cấu trúc phân tử stereometric.

Hình học là gì

Geometry - là một phần của hóa học để giải thích các tính chất của các phân tử của chất về cấu trúc của nó. Và việc thể hiện không gian của phân tử đóng vai trò quan trọng ở đây, bởi vì nó là chìa khóa để giải quyết nhiều hiện tượng sinh học hữu cơ.

Hình học là một bộ các quy tắc cơ bản, có thể là hầu hết các phân tử hiện diện trong hình thức số lượng lớn. Một nhược điểm của công thức tổng, được viết trong một tờ thông thường của giấy, là không có khả năng của nó để lộ danh sách đầy đủ các đặc tính của chất thử nghiệm.

Một ví dụ có thể xảy ra axit fumaric, mà thuộc về lớp của bazơ. Đó là kém tan trong nước, không phải là độc và có thể được tìm thấy trong tự nhiên. Tuy nhiên, nếu bạn thay đổi sự sắp xếp không gian của nhóm COOH, có thể nhận được một vấn đề hoàn toàn khác nhau - axit maleic. Nó là dễ dàng hòa tan trong nước, chỉ có thể thu được một cách giả tạo, nó gây nguy hiểm cho con người vì tính chất độc hại.

lý thuyết lập thể của Van't Hoff

Trong thế kỷ 19 M.Butlerova đại diện của một cấu trúc phẳng của bất kỳ phân tử không thể giải thích rất nhiều các tính chất của các chất, đặc biệt là hữu cơ. Điều này dẫn đến các văn bản về Van't Hoff làm việc "Hóa học trong không gian", trong đó ông nói thêm lý thuyết M.Butlerova nghiên cứu của ông trong lĩnh vực này. Ông giới thiệu các khái niệm về cấu trúc không gian của phân tử, và cũng giải thích tầm quan trọng của khám phá của ông về khoa học hóa học.

Vì vậy, nó đã được chứng minh sự tồn tại của ba loại axit lactic: thịt, sữa, và dextrorotatory quá trình lên men axit lactic. Trên một tờ giấy cho mỗi người trong số các chất này là các công thức cấu tạo là như nhau, nhưng cấu trúc không gian của phân tử giải thích hiện tượng này.

Hậu quả của lý thuyết lập thể của Van't Hoff là một bằng chứng về sự thật rằng các nguyên tử carbon là không bằng phẳng, như bốn liên kết hóa trị của nó được chuyển đổi thành những đỉnh cao của một tứ diện tưởng tượng.

cấu trúc không gian hình chóp của các phân tử hữu cơ

Dựa trên những phát hiện của họ Van't Hoff và nghiên cứu của mình, mỗi bộ xương carbon của các chất hữu cơ có thể được trình bày dưới dạng tứ diện. Vì vậy, chúng ta có thể xem xét 4 trường hợp có thể hình thành trái phiếu C-C và giải thích cấu trúc của những phân tử.

Trường hợp đầu tiên - khi phân tử là một nguyên tử cacbon duy nhất mà dành 4 do proton hydro. Cấu trúc không gian của phân tử metan là gần như chính xác các phác thảo của một tứ diện, tuy nhiên góc hóa trị một chút thay đổi do sự tương tác của các nguyên tử hydro.

Sự hình thành của một liên kết hóa học C-C có thể được biểu diễn như hai kim tự tháp được sự tham gia của một đỉnh chung. Của một công trình như vậy của phân tử có thể thấy rằng những tứ diện có thể xoay quanh trục và thay đổi vị thế của mình một cách tự do. Nếu chúng ta xem xét hệ thống này như một ví dụ về các phân tử etan, carbon trong bộ xương là thực sự có thể xoay. Tuy nhiên, hai quy định cụ thể của ưa thích hăng hái lợi thế rằng các ion hydro trong chiếu Newman không chồng chéo.

Cấu trúc không gian của ethylene phương án thứ ba phân tử minh họa hình trái phiếu C-C, khi cả hai đều có một tứ diện thường bị ràng buộc, ví dụ: cắt nhau tại hai đỉnh liền kề. Nó trở nên rõ ràng rằng do phong trào như vậy của các phân tử nguyên tử stereometric vị trí carbon tương đối so với trục của nó là khó khăn, bởi vì Nó đòi hỏi phải phá vỡ một trong các liên kết. Nhưng nó trở thành có thể để tạo thành cis và trans đồng phân của các chất như hai gốc tự do trên mỗi carbon có thể nằm hoặc specularly hoặc chéo.

Cis và các phân tử xuyên giải thích sự tồn tại của axit fumaric và axit maleic. Giữa các nguyên tử cacbon trong các phân tử được tạo thành hai liên kết, và mỗi người trong số họ có một nguyên tử hydro và nhóm COOH.

Các trường hợp sau, đó là đặc điểm cấu trúc phân tử không gian có thể được biểu diễn bởi hai kim tự tháp có một khuôn mặt chung và liên kết với nhau bởi ba đỉnh. Một ví dụ là phân tử axetylen.

Thứ nhất, các phân tử như vậy đã không cis- hoặc xuyên đồng phân. Thứ hai, các nguyên tử carbon không thể xoay xung quanh trục của nó. Và thứ ba, tất cả các nguyên tử và các gốc nằm trên một trục và góc trái phiếu là 180 độ.

Tất nhiên, các trường hợp được mô tả có thể được áp dụng cho các chất đó xương chứa nhiều hơn hai nguyên tử hydro. Nguyên tắc xây dựng stereometric của các phân tử như vậy được duy trì.

Cấu trúc không gian của phân tử vô cơ

Sự hình thành của liên kết hóa trị trong hợp chất vô cơ của một cơ chế tương tự như các chất hữu cơ. Cho sự hình thành trái phiếu đòi hỏi một cặp electron duy nhất của hai nguyên tử hình thành nên tổng đám mây electron.

Sự chồng chéo của quỹ đạo trong việc hình thành một liên kết cộng hóa trị xảy ra trên cùng một dòng của các hạt nhân nguyên tử. Nếu nguyên tử tạo thành hai hoặc nhiều hơn các thông tin liên lạc, khoảng cách giữa chúng được đặc trưng bởi góc trái phiếu.

Nếu chúng ta xem xét phân tử nước, được hình thành bởi một nguyên tử oxy và hydro hai nguyên tử, góc hóa trị nên lý tưởng sẽ đạt 90 độ. Tuy nhiên, các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng giá trị này là 104,5 độ. Cấu trúc không gian của các phân tử khác nhau từ các lý thuyết dự đoán vì các lực lượng của sự tương tác giữa các nguyên tử hydro. Họ đẩy nhau, do đó tăng therebetween góc trái phiếu.

Sp-lai

Lai - một lý thuyết về sự hình thành của các orbital lai cùng của phân tử. Hiện tượng này xảy ra vì của nguyên tử trung tâm cặp electron duy nhất ở mức năng lượng khác nhau.

Ví dụ, hãy xem xét sự hình thành của liên kết hóa trị BeCl2 phân tử. cặp electron duy nhất berili đang trên s và p cấp, mà về mặt lý thuyết nên gây ra sự hình thành của một góc thô của phân tử. Tuy nhiên, trong thực tế họ là tuyến tính và góc trái phiếu là 180 độ.

Sp-lai được sử dụng trong việc hình thành hai liên kết cộng hóa trị. Tuy nhiên, có nhiều loại khác của sự hình thành của các orbital lai.

Sp2-lai

Đây là loại lai chịu trách nhiệm về cấu trúc không gian của các phân tử với ba liên kết hóa trị. Một ví dụ là BCl3 phân tử. nguyên tử bari Trung ương có ba cặp electron không chia sẻ: hai trên p cấp và một ở s-cấp.

Ba liên kết hóa trị để tạo thành một phân tử nằm trong cùng mặt phẳng, và góc trái phiếu của nó là 120 độ.

Sp3-lai

Một hiện thân của sự hình thành của các orbital lai khi các nguyên tử trung tâm có cặp electron không chia sẻ hình 4: 3 trên p cấp và cho s-1 cấp. Một ví dụ về các chất đó - mêtan. Cấu trúc không gian của phân tử metan là tetraerd, trong đó góc trái phiếu là 109,5 độ. Thay đổi góc nó được đặc trưng bởi phản ứng nguyên tử hydro với nhau.