Co to jest geometria molekularna?

Geometria molekularna jest terminem opisującym trójwymiarowy kształt cząsteczki, biorąc pod uwagę liczbę samotnych par i związanych atomów otaczających atom centralny. Wszelkie samotne pary - niezwiązane pary elektronów - są używane podczas określania geometrii par elektronów i muszą być uwzględnione w kształcie cząsteczki ze względu na ich odpychające działanie na związane pary elektronów. Ta odpychanie między elektronami wpływa na kąty między związanymi atomami i dowolnymi samotnymi parami otaczającymi atom centralny. Kąty te, a nie liczba atomów przyłączonych do atomu centralnego, określają geometrię molekularną cząsteczek związanych kowalencyjnie. Wykresy porównujące geometrię pary elektronów i geometrię molekularną są powszechnie stosowane w celu pokazania wpływu samotnych par na kształt cząsteczki, ponieważ cząsteczki bez pojedynczych par mają tę samą geometrię molekularną i elektronową.

Prostą teorię zachowania elektronów stosuje się podczas przewidywania kształtu cząsteczki. Teoria odpychania powłoki elektronów walencyjnych (VSEPR) stwierdza, że ​​związane i samotne pary elektronów walencyjnych ustawią się tak daleko od siebie, jak to możliwe. Wykorzystując tę ​​teorię, można dokładnie określić geometryczny kształt prostych związków molekularnych. Inne metody, takie jak krystalografia rentgenowska, są potrzebne przy opisywaniu kształtu złożonych cząsteczek organicznych, w tym materiału genetycznego i białek.

Najprostsza cząsteczka ma jeden atom centralny, z którym związane są dwa dodatkowe atomy. Zgodnie z teorią VSEPR dwa połączone atomy ustawią się jak najdalej od siebie, co da liniowy kształt molekularny. Kąty między wiązaniami wynoszą 180 stopni. Cząsteczki związane kowalencyjnie z trzema atomami otaczającymi centralny atom i żadna samotna para nie ma płaskiego kształtu trygonu. Ta cząsteczka ma kąty 120 stopni między trzema przyłączonymi atomami i leży płasko w jednej płaszczyźnie.

Aby umiejscowić każdy związany atom tak daleko od siebie, jak to możliwe, cząsteczka z czterema atomami otaczającymi centralny atom i bez pojedynczych par ma kształt czworościenny. Każdy kąt wiązania wynosi 109,5 stopnia, tworząc czworościan z atomem centralnym od wewnątrz. W ten sam sposób, z każdym dodatkowym atomem związanym z atomem centralnym, kształt zmienia się, gdy związane atomy odpychają się od siebie. Przy obecności samotnych par zmienia się geometria molekularna atomu, ponieważ samotna para powoduje również odpychanie. Cząsteczka z trzema atomami i jedną samotną parą otaczającą atom centralny będzie miała trójkątny kształt piramidy, z atomem centralnym na szczycie piramidy i trzema przyłączonymi atomami popchniętymi przez samotną parę w pozycję poniżej atomu centralnego.