Ang spatial na istraktura ng mga molekula ng inorganic at organic na mga sangkap ay napakahalaga sa paglalarawan ng kanilang kemikal at pisikal na mga katangian. Kung isasaalang-alang natin ang isang sangkap bilang isang hanay ng mga titik at numero sa papel, hindi laging posible na magkaroon ng tamang konklusyon. Upang ilarawan ang maraming phenomena, lalo na ang mga nauugnay sa organic chemistry, kailangang malaman ang stereometric na istraktura ng molekula.
Ano ang stereometry
Ang Stereometry ay isang sangay ng chemistry na nagpapaliwanag ng mga katangian ng mga molecule ng isang substance batay sa istraktura nito. Bukod dito, ang spatial na representasyon ng mga molekula ay may mahalagang papel dito, dahil ito ang susi sa maraming bioorganic phenomena.
Ang Stereometry ay isang hanay ng mga pangunahing panuntunan kung saan halos anumang molekula ay maaaring katawanin sa volumetric na anyo. Ang disbentaha ng gross formula na nakasulat sa isang regular na piraso ng papel ay ang kawalan nito ng kakayahang ipakita ang buong listahan ng mga katangian ng substance na pinag-aaralan.
Ang isang halimbawa ay fumaric acid, na kabilang sa dibasic class. Ito ay mahinang natutunaw sa tubig,nakakalason at matatagpuan sa kalikasan. Gayunpaman, kung babaguhin mo ang spatial na pag-aayos ng mga grupo ng COOH, maaari kang makakuha ng ganap na magkakaibang sangkap - maleic acid. Ito ay lubos na natutunaw sa tubig, maaari lamang makuha sa artipisyal na paraan, at mapanganib sa mga tao dahil sa mga nakakalason nitong katangian.
Teorya ng stereochemical ni Van Hoff
Noong ika-19 na siglo, ang mga ideya ni M. Butlerov tungkol sa patag na istraktura ng anumang molekula ay hindi maipaliwanag ang maraming katangian ng mga sangkap, lalo na ang mga organiko. Ito ang naging impetus para kay van't Hoff na isulat ang akdang "Chemistry in Space", kung saan dinagdagan niya ang teorya ni M. Butlerov sa kanyang pananaliksik sa lugar na ito. Ipinakilala niya ang konsepto ng spatial na istraktura ng mga molekula, at ipinaliwanag din ang kahalagahan ng kanyang pagtuklas para sa agham ng kemikal.
Kaya, napatunayan ang pagkakaroon ng tatlong uri ng lactic acid: meat-lactic, dextrorotatory at fermented lactic acid. Sa isang piraso ng papel para sa bawat isa sa mga sangkap na ito, ang pormula ng istruktura ay magiging pareho, ngunit ang spatial na istraktura ng mga molekula ay nagpapaliwanag ng hindi pangkaraniwang bagay na ito.
Ang resulta ng stereochemical theory ni Van't Hoff ay ang patunay ng katotohanan na ang carbon atom ay hindi flat, dahil ang apat na valence bond nito ay nakaharap sa vertex ng isang haka-haka na tetrahedron.
Pyramidal spatial structure ng mga organic molecule
Batay sa mga natuklasan ni van't Hoff at sa kanyang pananaliksik, ang bawat carbon sa skeleton ng organikong bagay ay maaaring katawanin bilang isang tetrahedron. Ganyan tayomaaari nating isaalang-alang ang 4 na posibleng mga kaso ng pagbuo ng mga C-C bond at ipaliwanag ang istruktura ng naturang mga molekula.
Ang unang kaso ay kapag ang molekula ay isang solong carbon atom na bumubuo ng 4 na bono na may mga hydrogen proton. Ang spatial na istraktura ng mga molekula ng methane ay halos ganap na inuulit ang mga balangkas ng isang tetrahedron, gayunpaman, ang anggulo ng bono ay bahagyang nabago dahil sa pakikipag-ugnayan ng mga atomo ng hydrogen.
Ang pagbuo ng isang kemikal na C-C bond ay maaaring katawanin bilang dalawang pyramids, na magkakaugnay ng isang karaniwang vertex. Mula sa naturang pagtatayo ng molekula, makikita na ang mga tetrahedra na ito ay maaaring umikot sa paligid ng kanilang axis at malayang nagbabago ng posisyon. Kung isasaalang-alang natin ang sistemang ito gamit ang halimbawa ng isang molekula ng ethane, ang mga carbon sa balangkas ay talagang makakapag-ikot. Gayunpaman, sa dalawang katangiang posisyon, ang kagustuhan ay ibinibigay sa masigasig na pabor, kapag ang mga hydrogen sa Newman projection ay hindi nagsasapawan.
Ang spatial na istraktura ng ethylene molecule ay isang halimbawa ng ikatlong variant ng pagbuo ng C-C bonds, kapag ang dalawang tetrahedra ay may isang karaniwang mukha, i.e. bumalandra sa dalawang katabing vertices. Ito ay nagiging malinaw na dahil sa isang stereometric na posisyon ng molekula, ang paggalaw ng mga carbon atom na nauugnay sa axis nito ay mahirap, dahil nangangailangan ng pagsira sa isa sa mga link. Sa kabilang banda, ang pagbuo ng cis- at trans-isomer ng mga sangkap ay nagiging posible, dahil dalawang free radical mula sa bawat carbon ay maaaring i-mirror o i-crisscrossed.
Cis- at ang transposisyon ng molekula ay nagpapaliwanag ng pagkakaroon ng fumaric at maleicmga acid. Dalawang bono ang nabuo sa pagitan ng mga carbon atom sa mga molekulang ito, at bawat isa sa kanila ay may isang hydrogen atom at isang pangkat ng COOH.
Ang huling case, na nagpapakilala sa spatial na istraktura ng mga molekula, ay maaaring katawanin ng dalawang pyramids na may isang karaniwang mukha at pinag-uugnay ng tatlong vertices. Ang isang halimbawa ay ang molekula ng acetylene.
Una, ang mga naturang molekula ay walang cis o trans isomer. Pangalawa, ang mga carbon atom ay hindi makakapag-ikot sa paligid ng kanilang axis. At pangatlo, ang lahat ng mga atom at ang kanilang mga radical ay matatagpuan sa parehong axis, at ang anggulo ng bond ay 180 degrees.
Siyempre, ang mga kasong inilarawan ay maaaring ilapat sa mga sangkap na ang balangkas ay naglalaman ng higit sa dalawang hydrogen atoms. Ang prinsipyo ng stereometric na pagbuo ng mga naturang molekula ay pinananatili.
Spatial na istraktura ng mga molekula ng mga di-organikong sangkap
Ang pagbuo ng mga covalent bond sa mga inorganic compound ay katulad ng mekanismo sa mga organic na substance. Upang makabuo ng isang bono, kinakailangan na magkaroon ng hindi nakabahaging mga pares ng electron sa dalawang atom, na bumubuo ng isang karaniwang electron cloud.
Ang overlapping ng mga orbital sa panahon ng pagbuo ng isang covalent bond ay nangyayari sa isang linya ng atomic nuclei. Kung ang isang atom ay bumubuo ng dalawa o higit pang mga bono, ang distansya sa pagitan ng mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng halaga ng anggulo ng bono.
Kung isasaalang-alang natin ang isang molekula ng tubig, na nabuo ng isang oxygen atom at dalawang hydrogen atoms, ang anggulo ng bond ay dapat na 90 degrees. Gayunpamanipinakita ng mga eksperimentong pag-aaral na ang halagang ito ay 104.5 degrees. Ang spatial na istraktura ng mga molekula ay naiiba sa teoretikal na hinulaang isa dahil sa pagkakaroon ng mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga atomo ng hydrogen. Itinataboy nila ang isa't isa, sa gayo'y nadaragdagan ang anggulo ng bono sa pagitan nila.
Sp-hybridization
Ang Hybridization ay ang teorya ng pagbuo ng magkaparehong hybrid na orbital ng isang molekula. Nangyayari ang phenomenon na ito dahil sa pagkakaroon ng hindi nakabahaging mga pares ng electron sa iba't ibang antas ng enerhiya sa gitnang atom.
Halimbawa, isaalang-alang ang pagbuo ng mga covalent bond sa BeCl2 molecule. Ang Beryllium ay may hindi nakabahaging mga pares ng elektron sa mga antas ng s at p, na sa teorya ay dapat maging sanhi ng pagbuo ng isang hindi pantay na molekula ng sulok. Gayunpaman, sa pagsasagawa, ang mga ito ay linear at ang anggulo ng bond ay 180 degrees.
Sp-hybridization ay ginagamit sa pagbuo ng dalawang covalent bond. Gayunpaman, may iba pang mga uri ng pagbuo ng mga hybrid na orbital.
Sp2 hybridization
Ang ganitong uri ng hybridization ay responsable para sa spatial na istraktura ng mga molekula na may tatlong covalent bond. Ang isang halimbawa ay ang molekula ng BCl3. Ang gitnang barium atom ay may tatlong hindi nakabahaging pares ng electron: dalawa sa p-level at isa sa s-level.
Tatlong covalent bond ang bumubuo ng isang molekula na matatagpuan sa parehong eroplano, at ang anggulo ng bond nito ay 120 degrees.
Sp3 hybridization
Isa pang opsyon para sa pagbuo ng mga hybrid na orbital, kapag ang gitnang atom ay may 4 na hindi nakabahaging pares ng electron: 3 sa p-level at 1 sa s-level. Ang isang halimbawa ng naturang substance ay methane. Ang spatial na istraktura ng mga molekula ng methane ay isang tetraerd, ang anggulo ng valence kung saan ay 109.5 degrees. Ang pagbabago sa anggulo ay nailalarawan sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng mga atomo ng hydrogen sa isa't isa.
