Struktur spatial molekul bahan bukan organik dan organik adalah sangat penting dalam menerangkan sifat kimia dan fizikalnya. Jika kita menganggap bahan sebagai satu set huruf dan nombor di atas kertas, tidak selalu mungkin untuk membuat kesimpulan yang betul. Untuk menerangkan banyak fenomena, terutamanya yang berkaitan dengan kimia organik, adalah perlu untuk mengetahui struktur stereometrik molekul.
Apakah itu stereometri
Stereometri ialah cabang kimia yang menerangkan sifat-sifat molekul sesuatu bahan berdasarkan strukturnya. Selain itu, perwakilan spatial molekul memainkan peranan penting di sini, kerana ia adalah kunci kepada banyak fenomena bioorganik.
Stereometri ialah satu set peraturan asas yang mana hampir mana-mana molekul boleh diwakili dalam bentuk isipadu. Kelemahan formula kasar yang ditulis pada sekeping kertas biasa ialah ketidakupayaannya untuk mendedahkan senarai penuh sifat bahan yang sedang dikaji.
Contohnya ialah asid fumarik, yang tergolong dalam kelas dibasic. Ia kurang larut dalam air,beracun dan boleh didapati di alam semula jadi. Walau bagaimanapun, jika anda menukar susunan ruang kumpulan COOH, anda boleh mendapatkan bahan yang sama sekali berbeza - asid maleik. Ia sangat larut dalam air, hanya boleh diperoleh secara buatan dan berbahaya kepada manusia kerana sifat toksiknya.
teori stereokimia Vant Hoff
Pada abad ke-19, idea M. Butlerov tentang struktur rata mana-mana molekul tidak dapat menjelaskan banyak sifat bahan, terutamanya organik. Ini adalah dorongan untuk van't Hoff untuk menulis karya "Kimia di Angkasa", di mana beliau menambah teori M. Butlerov dengan penyelidikannya dalam bidang ini. Beliau memperkenalkan konsep struktur spatial molekul, dan juga menerangkan kepentingan penemuannya untuk sains kimia.
Oleh itu, kewujudan tiga jenis asid laktik terbukti: daging-laktik, dextrorotatory dan asid laktik yang ditapai. Pada sekeping kertas untuk setiap bahan ini, formula struktur akan sama, tetapi struktur ruang molekul menerangkan fenomena ini.
Hasil teori stereokimia Van't Hoff adalah bukti fakta bahawa atom karbon tidak rata, kerana empat ikatan valensnya menghadap bucu tetrahedron khayalan.
Struktur spatial piramid bagi molekul organik
Berdasarkan penemuan van't Hoff dan penyelidikannya, setiap karbon dalam rangka bahan organik boleh diwakili sebagai tetrahedron. Begitulah kitakita boleh mempertimbangkan 4 kemungkinan kes pembentukan ikatan C-C dan menerangkan struktur molekul tersebut.
Kes pertama ialah apabila molekulnya ialah atom karbon tunggal yang membentuk 4 ikatan dengan proton hidrogen. Struktur spatial molekul metana hampir sepenuhnya mengulangi garis besar tetrahedron, namun, sudut ikatan berubah sedikit disebabkan oleh interaksi atom hidrogen.
Pembentukan satu ikatan C-C kimia boleh diwakili sebagai dua piramid, yang disambungkan oleh satu bucu sepunya. Daripada pembinaan molekul sedemikian, dapat dilihat bahawa tetrahedra ini boleh berputar di sekeliling paksinya dan bebas menukar kedudukan. Jika kita menganggap sistem ini menggunakan contoh molekul etana, karbon dalam rangka memang boleh berputar. Walau bagaimanapun, daripada kedua-dua kedudukan ciri, keutamaan diberikan kepada yang menguntungkan secara bertenaga, apabila hidrogen dalam unjuran Newman tidak bertindih.
Struktur spatial molekul etilena ialah contoh varian ketiga pembentukan ikatan C-C, apabila dua tetrahedra mempunyai satu muka sepunya, i.e. bersilang pada dua bucu bersebelahan. Ia menjadi jelas bahawa kerana kedudukan stereometrik molekul sedemikian, pergerakan atom karbon berbanding paksinya adalah sukar, kerana memerlukan memutuskan salah satu pautan. Sebaliknya, pembentukan cis- dan trans-isomer bahan menjadi mungkin, kerana dua radikal bebas daripada setiap karbon boleh dicerminkan atau disilang.
Cis- dan transposisi molekul menerangkan kewujudan fumarik dan maleikasid. Dua ikatan terbentuk antara atom karbon dalam molekul ini, dan setiap satunya mempunyai satu atom hidrogen dan kumpulan COOH.
Kes terakhir, yang mencirikan struktur spatial molekul, boleh diwakili oleh dua piramid yang mempunyai satu muka sepunya dan disambungkan oleh tiga bucu. Contohnya ialah molekul asetilena.
Pertama, molekul tersebut tidak mempunyai isomer cis atau trans. Kedua, atom karbon tidak dapat berputar di sekeliling paksinya. Dan ketiga, semua atom dan radikalnya terletak pada paksi yang sama, dan sudut ikatan ialah 180 darjah.
Sudah tentu, kes yang diterangkan boleh digunakan pada bahan yang rangkanya mengandungi lebih daripada dua atom hidrogen. Prinsip pembinaan stereometrik molekul sedemikian dikekalkan.
Struktur ruang bagi molekul bahan bukan organik
Pembentukan ikatan kovalen dalam sebatian tak organik adalah serupa dalam mekanisme dengan bahan organik. Untuk membentuk ikatan, pasangan elektron yang tidak dikongsi dalam dua atom diperlukan, yang membentuk awan elektron biasa.
Pertindihan orbital semasa pembentukan ikatan kovalen berlaku di sepanjang satu baris nukleus atom. Jika atom membentuk dua atau lebih ikatan, maka jarak di antaranya dicirikan oleh nilai sudut ikatan.
Jika kita mempertimbangkan molekul air, yang dibentuk oleh satu atom oksigen dan dua atom hidrogen, sudut ikatan sebaiknya 90 darjah. Namun begitukajian eksperimen telah menunjukkan bahawa nilai ini ialah 104.5 darjah. Struktur spatial molekul berbeza daripada yang diramalkan secara teori kerana kehadiran daya interaksi antara atom hidrogen. Mereka menolak antara satu sama lain, dengan itu meningkatkan sudut ikatan antara mereka.
Sp-hibridisasi
Hibridisasi ialah teori pembentukan orbital hibrid yang sama bagi suatu molekul. Fenomena ini berlaku disebabkan oleh kehadiran pasangan elektron yang tidak dikongsi pada tahap tenaga yang berbeza dalam atom pusat.
Sebagai contoh, pertimbangkan pembentukan ikatan kovalen dalam molekul BeCl2. Berilium mempunyai pasangan elektron yang tidak dikongsi pada tahap s dan p, yang secara teori sepatutnya menyebabkan pembentukan molekul sudut tidak sekata. Walau bagaimanapun, dalam praktiknya ia adalah linear dan sudut ikatan ialah 180 darjah.
Sp-hibridisasi digunakan dalam pembentukan dua ikatan kovalen. Walau bagaimanapun, terdapat jenis pembentukan orbital hibrid yang lain.
Hibrid Sp2
Jenis hibridisasi ini bertanggungjawab untuk struktur ruang molekul dengan tiga ikatan kovalen. Contohnya ialah molekul BCl3. Atom barium pusat mempunyai tiga pasangan elektron yang tidak dikongsi: dua pada peringkat p dan satu pada peringkat s.
Tiga ikatan kovalen membentuk molekul yang terletak pada satah yang sama, dan sudut ikatannya ialah 120 darjah.
Hibrid Sp3
Pilihan lain untuk pembentukan orbital hibrid, apabila atom pusat mempunyai 4 pasangan elektron yang tidak dikongsi: 3 pada tahap p dan 1 pada tahap s. Contoh bahan tersebut ialah metana. Struktur spatial molekul metana ialah tetraerd, sudut valensnya ialah 109.5 darjah. Perubahan sudut dicirikan oleh interaksi atom hidrogen antara satu sama lain.
