Пространствена структура на молекули на неорганични и органични вещества

Пространствената структура на молекулите на неорганичните и органични вещества

Какво представлява стереометрията?

Стереометрията е част от химията, която обяснява свойства на молекулите вещество, основано на неговата структура. Освен това пространственото представяне на молекулите играе важна роля тук. това е ключът към разкриването на много биоорганични явления.

Стереометрията е набор от основни правила, чрез които почти всяка молекула може да бъде представена в насипно състояние. Недостатъкът на грубата формула, написана на обикновена хартия, е нейната невъзможност да разкрие пълен списък на свойствата на изследваното вещество.

Един пример може да бъде фумарова киселина, който принадлежи към класа на двуезичните. Той е слабо разтворим във вода, не отровен и може да се намери в природата. Въпреки това, ако промените пространственото разположение на COOH групите, можете да получите напълно различно вещество - малеинова киселина. Той е силно разтворим във вода, може да бъде получен само изкуствено, представлява опасност за хората поради токсични свойства.

Стереохимичната теория на Вант Хоф

През 19 век идеите на М. Булеров върху плоската структура на всяка молекула не могат да обяснят много свойства на веществата, особено на органичните вещества. Това послужи като стимул за написването на работата на Вант-Гоф "Химия в космоса", в която допълни теорията на М. Булеров с неговото изследване в тази област. Той въведе концепцията за пространствената структура на молекулите и също така обясни важността на неговото откритие за химическата наука.

Така че беше доказано съществуването на три вида млечна киселина: месо-мляко, декстроротаторна и млечнокисела ферментация. На лист хартия за всяко от тези вещества структурна формула ще бъде същото, но пространствената структура на молекулите обяснява това явление.

Последствията от стереохимичната теория на Вант Хоф са доказателство за факта, че въглеродният атом не е плосък, защото четирите си валентни облигации са изправени пред върховете на въображаем тетраедър.

Пирамидалната пространствена структура на органичните молекули

Въз основа на техните открития за Вант Хоф и неговите разследвания, всеки въглерод в скелета на органичната материя може да бъде представен като тетраедър. Така че можем да разгледаме 4 възможни случая на образуване на CC връзки и да обясним структурата на такива молекули.

Първият случай е когато една молекула е един въглероден атом, който образува четири връзки с водородни протони. Пространствената структура на метановите молекули почти изцяло повтаря очертанията на тетраедрата, но ъгълът на валентността се променя леко поради взаимодействието на водородните атоми.

Образуването на една химична връзка С-С може да бъде представено под формата на две пирамиди, които са свързани заедно с общ връх. От тази конструкция на молекулата може да се види, че тези тетраедри могат да се въртят около тяхната ос и свободно да променят позицията си. Ако разгледаме тази система като пример за молекула на етана, въглеродът в скелета наистина може да се върти. От две характерни положения, обаче, се предпочита енергийно благоприятната, когато водородът в проекцията на Нюман не се припокрива.

Пространствената структура на молекулата етилен третото изпълнение илюстрира образуване на С-С връзки, когато двете имат обща тетраедър свързани, т.е. се пресичат по два съседни върха. Става ясно, че поради това стереометрично положение на молекулата, движението на въглеродни атоми спрямо оста му е трудно, защото изисква разкъсване на една от връзките. Но става възможно да се образуват цис- и транс-изомери на вещества, т.е. два свободни радикала от всеки въглерод могат да бъдат разположени или в огледало, или напречно.

Цис и транспонирането на молекулата обясняват съществуването на фумарова и малеинова киселини. Между въглеродните атоми в тези молекули се образуват две връзки и всяка от тях има една водороден атом и СООН група.

Последният случай, характеризиращ пространствената структура на молекулите, може да бъде представен от две пирамиди, които имат едно общо лице и са свързани с три върха. Пример за това е ацетиленовата молекула.

Първо, такива молекули нямат цис- или транс-изомери. На второ място, въглеродните атоми не могат да се въртят около оста си. И трето, всички атоми и техните радикали се намират на една ос, а ъгълът на валентност е 180 градуса.

Разбира се, описаните случаи могат да се прилагат за вещества, чийто скелет съдържа повече от два водородни атома. Принципът на стереометричното конструиране на такива молекули се запазва.

Пространствена структура на молекулите на неорганичните вещества

образуване ковалентни връзки в неорганичните съединения е сходен по механизъм с този на органичните вещества. За да се образува връзка, е необходимо да има неразделени електронни двойки в два атома, които образуват общ електронен облак.

Припокриването на орбитите по време на образуването на ковалентна връзка се осъществява по протежение на една линия от атомни ядра. Ако атомът образува две или повече връзки, тогава разстоянието между тях се характеризира с величината на ъгъла на валентност.

Ако вземем предвид молекула вода, който се образува от един кислороден атом и два атома водород, ъгълът на валентност в идеалния момент трябва да бъде 90 градуса. Експерименталните проучвания обаче са доказали, че тази стойност е 104,5 градуса. Пространствената структура на молекулите се различава от теоретично прогнозираното поради наличието на сили на взаимодействие между водородни атоми. Те се отблъскват, като по този начин увеличават ъгъла на валентност между тях.

Sp хибридизация

Хибридизацията е теорията за образуването на идентични хибридни орбитали на молекулата. Това явление възниква, защото централният атом има неразделени електронни двойки на различни енергийни нива.

Например, помислете за образуването на ковалентни връзки на молекулата BeCl2. В Берилий, неразпределените електронни двойки са на нивата s и p, което на теория би трябвало да причини образуването на неравномерна ъглова молекула. На практика обаче те са линейни и ъгълът на валентност е 180 градуса.

Ср хибридизация се използва при образуването на две ковалентни връзки. Има обаче и други форми на формиране на хибридни орбитали.

Sp2 хибридизация

Този тип хибридизация е отговорен за пространствената структура на молекулите с три ковалентни връзки. Пример за това е молекулата на BCl3. Централният бариев атом има три неразделени електронни двойки: две на р-ниво и едно на ниво-s.

Три ковалентни връзки образуват молекула, която се намира в една равнина, а нейният ъгъл на валентност е 120 градуса.

Sp3 хибридизация

Друга възможност за образуване на хибридни орбитални структури, когато централният атом има 4 неразделени електронни двойки: 3 на р-ниво и 1 на е-ниво. Пример за такова вещество е метанът. Пространствената структура на метановите молекули е tetraerd с ъгъл на валентност 109,5 градуса. Промяната в ъгъла се характеризира с взаимодействието на водородните атоми един с друг.