Η χωρική δομή των μορίων των οργανικών ουσιών και ανόργανων

Η χωρική δομή των μορίων των ανόργανων και οργανικών ουσιών έχει μεγάλη σημασία στην περιγραφή των χημικών και φυσικών ιδιοτήτων τους. Αν λάβουμε υπόψη το θέμα ως σύνολο bukovok και αριθμούς στο χαρτί δεν είναι πάντα δυνατό να έρθουν τα σωστά συμπεράσματα. Για να περιγράψει πολλά φαινόμενα, ειδικά αυτές που σχετίζονται με την οργανική χημεία, είναι απαραίτητο να είναι γνωστή η στερεομετρικές μοριακή δομή.

Τι είναι Γεωμετρία

Γεωμετρία - είναι μία τομή της χημείας που εξηγεί τις ιδιότητες των μορίων της ουσίας όσον αφορά τη δομή της. Και η χωρική αναπαράσταση των μορίων παίζει σημαντικό ρόλο εδώ, γιατί είναι το κλειδί για την επίλυση πολλών βιο-οργανικά φαινόμενα.

Γεωμετρία είναι ένα σύνολο βασικών κανόνων, η οποία μπορεί να είναι σχεδόν οποιοδήποτε μόριο υπάρχει σε μορφή χύμα. Ένα μειονέκτημα του ακαθάριστου τύπου, γραμμένο σε ένα συμβατικό φύλλο χαρτιού, είναι η ανικανότητά του να αποκαλύψει την πλήρη λίστα των ιδιοτήτων της υπό δοκιμή ουσίας.

Ένα παράδειγμα μπορεί να συμβεί φουμαρικό οξύ, το οποίο ανήκει στην κατηγορία των διβασικού. Είναι ελάχιστα διαλυτό στο νερό, δεν είναι δηλητηριώδες και μπορεί να βρεθεί στη φύση. Ωστόσο, εάν η αλλαγή η χωρική διάταξη των COOH ομάδων, μπορεί να πάρει ένα εντελώς διαφορετικό θέμα - μηλεϊνικού οξέος. Είναι εύκολα διαλυτό στο νερό, μπορεί να ληφθεί μόνο τεχνητά, θέτει σε κίνδυνο τον άνθρωπο λόγω των τοξικών ιδιοτήτων.

Η στερεοχημική θεωρία των Van't Hoff

Στο 19ο αιώνα M.Butlerova αναπαράσταση μιας επίπεδη δομή οποιουδήποτε μορίου δεν μπορούσαν να εξηγήσουν πολλές από τις ιδιότητες των ουσιών, ιδιαίτερα οργανικά. Αυτό οδήγησε στη συγγραφή του Van't Hoff εργάζονται «χημεία στο διάστημα», στο οποίο προστίθεται η θεωρία M.Butlerova την έρευνά του σε αυτόν τον τομέα. Εισήγαγε την έννοια της χωρικής δομής των μορίων, και εξήγησε τη σημασία της ανακάλυψης του των χημικών επιστημών.

Έτσι αποδείχθηκε η ύπαρξη τριών τύπων γαλακτικού οξέος: κρέας, γαλακτοκομικά, και δεξιόστροφου ζύμωση του γαλακτικού οξέος. Σε ένα φύλλο χαρτιού για καθεμία από τις ουσίες αυτές είναι η συντακτικό τύπο είναι η ίδια, αλλά η χωρική δομή των μορίων εξηγεί αυτό το φαινόμενο.

Η συνέπεια της στερεοχημικής θεωρίας του Van't Hoff ήταν μια απόδειξη του γεγονότος ότι το άτομο άνθρακα δεν είναι επίπεδη, όπως Οι τέσσερις δεσμούς σθένους της μετατραπούν στα ύψη μιας φανταστικής τετραέδρου.

Πυραμιδική χωρική δομή των οργανικών μορίων

Βασισμένο σε τους ευρήματα Van't Hoff και του έρευνα, ο κάθε ένας άνθρακας σκελετός η οργανική ουσία που μπορεί να παρουσιάζονται με τη μορφή της τετράεδρο. Έτσι μπορούμε να θεωρήσουμε τις 4 πιθανές σχηματισμό περιπτώσεις C-C δεσμούς και να εξηγήσει τη δομή αυτών των μορίων.

Η πρώτη περίπτωση - όταν το μόριο είναι ένα μονό άτομο άνθρακα το οποίο δίδει 4 λόγω πρωτονίων υδρογόνου. Η χωρική δομή του μορίου του μεθανίου είναι σχεδόν ακριβώς το περίγραμμα ενός τετραέδρου, ωστόσο γωνία σθένους αλλάξει ελαφρώς λόγω της αλληλεπίδρασης των ατόμων υδρογόνου.

Ο σχηματισμός ενός δεσμού χημικής C-C μπορεί να παρασταθεί ως δύο πυραμίδες που ενώνονται από μια κοινή κορυφή. Από μια τέτοια κατασκευή το μόριο μπορεί να δει κανείς ότι αυτά τα τετράεδρα μπορούν να περιστραφούν γύρω του άξονα και την αλλαγή θέσης ελεύθερα. Αν λάβουμε υπόψη αυτό το σύστημα ως παράδειγμα μόρια αιθανίου, διοξειδίου του άνθρακα στο σκελετό είναι πραγματικά σε θέση να περιστρέφεται. Ωστόσο, δύο ειδικές διατάξεις του προτιμώμενου ενεργειακά πλεονεκτικό ότι το υδρογόνο στην προεξοχή Newman δεν επικαλύπτονται.

Η χωρική δομή των μορίων του αιθυλενίου είναι ένα παράδειγμα μίας τρίτης πραγματοποιήσεως του σχηματισμού του C-C δεσμών, όταν οι δύο τετράεδρα έχουν μία κοινή όψη, δηλαδή, τέμνονται σε δύο γειτονικές κορυφές. Γίνεται σαφές ότι λόγω της εν λόγω μετακίνησης των μορίων στερεομετρικές άτομα άνθρακος θέση σε σχέση προς τον άξονά του είναι δύσκολη, επειδή Απαιτεί σπάζοντας έναν από τους συνδέσμους. Αλλά γίνεται δυνατή μορφή cis και trans ισομερή των ουσιών ως δύο ελεύθερες ρίζες σε κάθε άνθρακα μπορεί να βρίσκεται είτε κατοπτρικά ή σταυρωτά.

Cis και trans μόρια εξηγεί την ύπαρξη φουμαρικό οξύ και μηλεϊνικό οξύ. Μεταξύ των ατόμων άνθρακα σε αυτά τα μόρια διαμορφώνεται δύο ομόλογα, και κάθε ένα από αυτά έχουν ένα άτομο υδρογόνου και η COOH ομάδα.

Η τελευταία περίπτωση, η οποία χαρακτηρίζει τη χωρική μοριακή δομή μπορεί να αντιπροσωπεύεται από δύο πυραμίδες που έχουν ένα κοινό πρόσωπο και συνδέονται μεταξύ τους με τρεις κορυφές. Ένα παράδειγμα είναι το μόριο του ακετυλενίου.

Πρώτον, αυτά τα μόρια δεν έχουν cis- ή trans-ισομερή. Δεύτερον, τα άτομα άνθρακα δεν είναι σε θέση να περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του. Και τρίτον, το σύνολο των ατόμων και ριζών βρίσκονται σε έναν άξονα και η γωνία δεσμός είναι 180 μοίρες.

Φυσικά, οι περιγραφείσες περιπτώσεις μπορούν να εφαρμοστούν σε ουσίες που σκελετό περιέχει περισσότερα από δύο άτομα υδρογόνου. Η αρχή της στερεομετρικές κατασκευή τέτοιων μορίων διατηρείται.

Η χωρική δομή των ανοργάνων μορίων

Ο σχηματισμός των ομοιοπολικών δεσμών σε ανόργανες ενώσεις με ένα μηχανισμό παρόμοιο με εκείνο των οργανικών ουσιών. Για τον σχηματισμό δεσμού απαιτεί μια μονήρη ζεύγη ηλεκτρονίων από τα δύο άτομα που σχηματίζουν το συνολικό νέφος ηλεκτρονίων.

Η επικάλυψη των τροχιακών στο σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού πραγματοποιείται σε μία γραμμή των ατομικών πυρήνων. Εάν άτομον σχηματίζει δύο ή περισσότερα από την ανακοίνωση, η απόσταση μεταξύ τους χαρακτηρίζεται από τη γωνία δεσμό.

Αν λάβουμε υπόψη μόριο του νερού, το οποίο σχηματίζεται από ένα άτομο οξυγόνου και δύο άτομα υδρογόνου, η γωνία σθένους θα πρέπει ιδανικά θα φθάσει 90 μοίρες. Ωστόσο, πειραματικές μελέτες έχουν δείξει ότι αυτή η τιμή είναι 104,5 βαθμούς. Η χωρική δομή των μορίων διαφορετική από την θεωρητικά προβλεπόμενη, λόγω των δυνάμεων της αλληλεπίδρασης μεταξύ των ατόμων υδρογόνου. Μπορούν απωθούνται, αυξάνοντας έτσι τη γωνία δεσμό μεταξύ τους.

Sp-υβριδισμού

Υβριδισμός - μια θεωρία του σχηματισμού των ίδιων υβριδικών τροχιακά του μορίου. Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει λόγω των κεντρικού ατόμου μονήρη ζεύγη ηλεκτρονίων σε διαφορετικά επίπεδα ενέργειας.

Για παράδειγμα, εξετάστε το σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών BeCl2 μόριο. Βηρυλλίου μοναχικός ηλεκτρονίων ζεύγη βρίσκονται στο s και p επίπεδα, η οποία θεωρητικά θα πρέπει να προκαλέσει το σχηματισμό μια πρόχειρη γωνιά του μορίου. Ωστόσο, στην πράξη είναι γραμμική, και η γωνία δεσμός είναι 180 μοίρες.

Sp-υβριδοποίηση χρησιμοποιείται στον σχηματισμό των δύο ομοιοπολικούς δεσμούς. Ωστόσο, υπάρχουν και άλλοι τύποι σχηματισμού του υβριδίου τροχιακών.

Sp2-υβριδισμού

Αυτός ο τύπος υβριδοποίησης είναι υπεύθυνη για την χωρική δομή των μορίων με τρεις ομοιοπολικούς δεσμούς. Ένα παράδειγμα είναι μόριο BCl3. Κεντρική άτομο βαρίου έχει τρεις μη μοιραζόμενους ζεύγη ηλεκτρονίων: δύο για το ρ-επιπέδου και μία στο s-επιπέδου.

Τρεις ομοιοπολικούς δεσμούς για να σχηματίσουν ένα μόριο το οποίο βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο, και η γωνία δεσμός του είναι 120 μοίρες.

Sp3-υβριδισμού

Μία άλλη πραγματοποίηση του σχηματισμού του υβριδίου τροχιακών όταν το κεντρικό άτομο έχει μη μοιραζόμενους ζεύγη ηλεκτρονίων 4: 3 σε ένα ρ-επιπέδου και για την s-1 επίπεδο. Ένα παράδειγμα τέτοιων ουσιών - μεθάνιο. Η χωρική δομή του μορίου του μεθανίου είναι tetraerd, όπου η γωνία δεσμός είναι 109,5 βαθμούς. Η αλλαγή της γωνίας που χαρακτηρίζεται από αντίδραση άτομα υδρογόνου με το άλλο.