Giới thiệu hình học phân tử, xác định, dự đoán và ví dụ

Sự sắp xếp ba chiều của các nguyên tử trong một phân tử

Hình học phân tử hoặc cấu trúc phân tử là sự sắp xếp ba chiều của các nguyên tử trong một phân tử. Điều quan trọng là có thể dự đoán và hiểu cấu trúc phân tử của một phân tử vì nhiều tính chất của một chất được xác định bởi hình dạng của nó. Ví dụ về các tính chất này bao gồm phân cực, từ tính, pha, màu sắc và phản ứng hóa học. Hình học phân tử cũng có thể được sử dụng để dự đoán hoạt động sinh học, để thiết kế thuốc hoặc giải mã chức năng của một phân tử.

Vỏ hóa trị, cặp liên kết và mô hình VSEPR

Cấu trúc ba chiều của một phân tử được xác định bởi các electron hóa trị của nó, chứ không phải hạt nhân của nó hoặc các electron khác trong các nguyên tử. Các electron ngoài cùng của một nguyên tử là các electron hóa trị của nó . Các electron hóa trị là các electron thường tham gia vào việc hình thành liên kết và tạo ra các phân tử. Các cặp electron được chia sẻ giữa các nguyên tử trong một phân tử và giữ các nguyên tử lại với nhau. Những cặp này được gọi là ” cặp liên kết “.

Một cách để dự đoán cách các electron trong các nguyên tử sẽ đẩy nhau là áp dụng mô hình VSEPR (lực đẩy cặp electron vỏ hóa trị). VSEPR có thể được sử dụng để xác định hình dạng chung của một phân tử.

Dự đoán hình học phân tử

Dưới đây là biểu đồ mô tả hình học thông thường cho các phân tử dựa trên hành vi liên kết của chúng. Để sử dụng khóa này, trước tiên hãy rút ra cấu trúc Lewis cho một phân tử. Đếm xem có bao nhiêu cặp electron, bao gồm cả cặp liên kết và cặp đơn độc .

Đối xử với cả hai liên kết đôi và ba như thể chúng là các cặp electron đơn lẻ. A được sử dụng để đại diện cho nguyên tử trung tâm. B chỉ ra các nguyên tử bao quanh A. E chỉ số cặp electron đơn độc. Góc liên kết được dự đoán theo thứ tự sau: cặp đơn độc so với lực đẩy cặp đơn độc> cặp đơn độc so với lực đẩy cặp liên kết> cặp liên kết so với lực đẩy cặp liên kết

Ví dụ hình học phân tử

Có hai cặp electron xung quanh nguyên tử trung tâm trong một phân tử có dạng hình học phân tử tuyến tính, 2 cặp electron liên kết và 0 cặp đơn độc. Góc liên kết lý tưởng là 180°.

Kiểu hình họcLoạiSố cặp electronGóc liên kết lý tưởngVí dụ
Tuyến tínhAB22180°BeCl2
Tam giác phẳngAB33120°BF3
Tứ diệnAB44109.5°CH4
Lượng giác lưỡng cựcAB5590°, 120°PCl5
Bát diệnAB6690°SF6
Uốn congAB2E3120° (119°)SO2
Tam giác kim tự thápAB3E4109.5° (107.5°)NH3
Uốn congAB2E24109.5° (104.5°)H2O
Xích đuAB4E5180°,120° (173.1°,101.6°)SF4
Chữ TAB3E2590°,180° (87.5°,<180°)ClF3
Đường thẳngAB2E35180°XeF2
Kim tự tháp vuôngAB5E690° (84.8°)BrF5
Hình vuông phẳngAB4E2690°XeF4

Các chất đồng phân trong hình học phân tử

Các phân tử có cùng công thức hóa học có thể có các nguyên tử được sắp xếp khác nhau. Các phân tử được gọi là đồng phân . Các chất đồng phân có thể có các tính chất rất khác nhau. Có nhiều loại đồng phân khác nhau:

Các đồng phân cấu tạo hoặc cấu trúc có cùng công thức, nhưng các nguyên tử không được kết nối với nhau trong cùng một nước.

Các đồng phân lập thể có cùng công thức, với các nguyên tử được liên kết theo cùng một thứ tự, nhưng các nhóm nguyên tử xoay quanh một liên kết khác nhau để mang lại tính chirality hoặc độ thuận tay. Stereoisomers phân cực ánh sáng khác nhau. Trong hóa sinh, chúng có xu hướng hiển thị các hoạt động sinh học khác nhau.

Xác định thí nghiệm hình học phân tử

Bạn có thể sử dụng các cấu trúc Lewis để dự đoán hình học phân tử, nhưng tốt nhất là xác minh những dự đoán này bằng thực nghiệm. Một số phương pháp phân tích có thể được sử dụng để phân tử hình ảnh và tìm hiểu về độ hấp thụ rung động và quay của chúng. Các ví dụ bao gồm tinh thể học tia X, nhiễu xạ neutron, quang phổ hồng ngoại (IR), quang phổ Raman, nhiễu xạ điện tử và quang phổ vi sóng. Việc xác định tốt nhất cấu trúc được thực hiện ở nhiệt độ thấp vì việc tăng nhiệt độ giúp các phân tử có nhiều năng lượng hơn, điều này có thể dẫn đến thay đổi về hình dạng. Hình dạng phân tử của một chất có thể khác nhau tùy thuộc vào việc mẫu là chất rắn, lỏng, khí hoặc một phần của dung dịch.

Hình học phân tử mô tả sự sắp xếp ba chiều của các nguyên tử trong một phân tử.

Dữ liệu có thể thu được từ hình học của một phân tử bao gồm vị trí tương đối của mỗi nguyên tử, độ dài liên kết, góc liên kết và góc xoắn.

Dự đoán hình học của một phân tử giúp dự đoán khả năng phản ứng, màu sắc, pha của vật chất, phân cực, hoạt động sinh học và từ tính của nó.

Hình học phân tử có thể được dự đoán bằng cách sử dụng các cấu trúc VSEPR và Lewis và được xác minh bằng quang phổ và nhiễu xạ.

Domin Võ

Dành ra 12 tiếng/ngày cho công việc tẻ nhạt ở ngân hàng, chỉ khi viết bài cho Mingeek, anh ấy mới thật sự là chính mình. Anh muốn cho mọi người thấy rằng, khoa học không nhàm chán như trong SGK đâu! Nếu các bạn phát hiện sai sót gì trong bài, có thể liên hệ với anh ấy qua Facebook bên dưới. Hoặc nếu bạn muốn trò chuyện về Khoa học, hãy kết bạn luôn nào <3

Related Articles

Back to top button