Was ist Molekülgeometrie?
Die Molekülgeometrie ist ein Begriff, der die dreidimensionale Form eines Moleküls beschreibt, wenn man die Anzahl der ein Zentralatom umgebenden Einzelpaare und gebundenen Atome berücksichtigt. Alle einzelnen Paare - ungebundene Elektronenpaare - werden bei der Bestimmung der Elektronenpaargeometrie verwendet und müssen aufgrund ihrer Abstoßungswirkung auf die gebundenen Elektronenpaare in der Form des Moleküls berücksichtigt werden. Diese Abstoßung zwischen Elektronen beeinflusst die Winkel zwischen den gebundenen Atomen und den einzelnen Paaren, die das Zentralatom umgeben. Diese Winkel bestimmen eher die Molekülgeometrie kovalent gebundener Moleküle als die Anzahl der an das Zentralatom gebundenen Atome. Diagramme zum Vergleich der Elektronenpaargeometrie und der Molekülgeometrie werden häufig verwendet, um die Auswirkungen von Einzelpaaren auf die Form des Moleküls zu zeigen, da Moleküle ohne Einzelpaare die gleiche Molekül- und Elektronenpaargeometrie aufweisen.
Eine einfache Theorie, wie sich Elektronen verhalten, wird verwendet, um die Form eines Moleküls vorherzusagen. Die Theorie der Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßung (VSEPR) besagt, dass sich gebundene und einzelne Valenzelektronenpaare so weit wie möglich voneinander entfernen. Unter Verwendung dieser Theorie kann die geometrische Form einfacher molekularer Verbindungen genau bestimmt werden. Andere Methoden, wie die Röntgenkristallographie, sind erforderlich, um die Form komplexer organischer Moleküle einschließlich genetischen Materials und Proteinen zu beschreiben.
Das einfachste Molekül hat ein zentrales Atom, an das zwei weitere Atome gebunden sind. Gemäß der VSEPR-Theorie positionieren sich die beiden gebundenen Atome so weit wie möglich voneinander entfernt, was zu einer linearen Molekülform führt. Die Winkel zwischen den Bindungen betragen 180 Grad. Kovalent gebundene Moleküle mit drei Atomen, die ein zentrales Atom umgeben, und keine einzelnen Paare haben eine trigonale planare Form. Dieses Molekül hat einen Winkel von 120 Grad zwischen den drei Atomen und liegt flach in einer Ebene.
Um jedes gebundene Atom so weit wie möglich voneinander entfernt zu positionieren, hat ein Molekül mit vier Atomen, die ein zentrales Atom umgeben und keine einzelnen Paare, eine tetraedrische Form. Jeder Bindungswinkel beträgt 109,5 Grad und bildet ein Tetraeder mit dem Zentralatom im Inneren. Auf die gleiche Weise ändert sich mit jedem zusätzlichen Atom, das an das Zentralatom gebunden ist, die Form, wenn sich die gebundenen Atome voneinander entfernen. Bei Anwesenheit von Einzelpaaren ändert sich die Molekülgeometrie des Atoms, da auch das Einzelpaar Abstoßung ausübt. Ein Molekül mit drei Atomen und einem einzigen Paar, das ein zentrales Atom umgibt, hat eine trigonale Pyramidenform, wobei sich das zentrale Atom oben auf der Pyramide befindet und die drei angehängten Atome vom einzigen Paar in eine Position unterhalb des zentralen Atoms gedrückt werden.