Wat is moleculaire geometrie?

Moleculaire geometrie is een term die de driedimensionale vorm van een molecuul beschrijft, gegeven het aantal eenzame paren en gebonden atomen rond een centraal atoom. Alle eenzame paren - niet-gebonden elektronenparen - worden gebruikt bij het bepalen van de geometrie van het elektronenpaar en moeten worden beschouwd in de vorm van het molecuul vanwege hun afstotende werking op de gebonden elektronenparen. Deze afstoting tussen elektronen beïnvloedt de hoeken tussen de gebonden atomen en alle eenzame paren die het centrale atoom omringen. Deze hoeken, in plaats van het aantal atomen verbonden aan het centrale atoom, bepalen de moleculaire geometrie van covalent gebonden moleculen. Grafieken die de elektronenpaargeometrie en moleculaire geometrie vergelijken, worden gewoonlijk gebruikt om de effecten van eenzame paren op de vorm van het molecuul te tonen, omdat moleculen zonder eenzame paren dezelfde moleculaire en elektronenpaargeometrie hebben.

Een eenvoudige theorie over hoe elektronen zich gedragen wordt gebruikt bij het voorspellen van de vorm van een molecuul. De theorie van Valence Shell Electron Pair Repulsion (VSEPR) stelt dat gebonden en eenzame paren valentie-elektronen zichzelf zo ver mogelijk van elkaar zullen positioneren als ze maar kunnen. Met behulp van deze theorie kan de geometrische vorm van eenvoudige moleculaire verbindingen nauwkeurig worden bepaald. Andere methoden, zoals röntgenkristallografie, zijn nodig bij het beschrijven van de vorm van complexe organische moleculen, waaronder genetisch materiaal en eiwitten.

Het eenvoudigste molecuul heeft één centraal atoom waaraan twee extra atomen zijn gebonden. Volgens de VSEPR-theorie zullen de twee gebonden atomen zich zo ver mogelijk van elkaar positioneren, wat resulteert in een lineaire moleculaire vorm. De hoeken tussen de bindingen zijn 180 graden. Covalent gebonden moleculen met drie atomen rond een centraal atoom en geen eenzame paren hebben een trigonale vlakke vorm. Dit molecuul heeft hoeken van 120 graden tussen de drie verbonden atomen en ligt plat in een enkel vlak.

Om elk gebonden atoom zo ver mogelijk uit elkaar te plaatsen, heeft een molecuul met vier atomen rond een centraal atoom en geen eenzame paren een tetraëdrische vorm. Elke bindingshoek is 109,5 graden en vormt een tetraëder met het centrale atoom aan de binnenkant. Op dezelfde manier, met elk extra atoom gebonden aan het centrale atoom, verandert de vorm als de gebonden atomen van elkaar weg duwen. Met de aanwezigheid van eenzame paren verandert de moleculaire geometrie van het atoom, omdat het eenzame paar ook afstoting uitoefent. Een molecuul met drie atomen en een eenzaam paar dat een centraal atoom omgeeft, zal een trigonale piramidevorm hebben, met het centrale atoom bovenaan de piramide en de drie verbonden atomen door het eenzame paar in een positie onder het centrale atoom geduwd.