分子幾何学の紹介
分子内の原子の三次元配置
ほとんどの分子モデル セットには、原子の適切な結合角が含まれているため、分子を作成するときに分子の分子形状を確認できます。 Grzegorz Tomasiuk / EyeEm /ゲッティイメージズ
分子幾何学 または分子構造は、分子内の原子の 3 次元配置です。物質の特性の多くはその形状によって決まるため、分子の分子構造を予測して理解できることが重要です。これらの特性の例には、極性、磁性、相、色、および化学反応性が含まれます。分子構造は、生物活性の予測、医薬品の設計、分子の機能の解読にも使用できます。
原子価殻、結合ペア、および VSEPR モデル
分子の 3 次元構造は、原子核や原子内の他の電子ではなく、価電子によって決定されます。原子の最も外側の電子は、 価電子 .価電子は、最も頻繁に関与する電子です。 絆の形成において と 分子を作る .
電子のペアは、分子内の原子間で共有され、原子を一緒に保持します。これらのペアは「 結合ペア '。
進路を予測する1つの方法 原子内の電子 互いに反発するのは、VSEPR (原子価殻電子対反発) モデルを適用することです。 VSEPR 分子の一般的な形状を決定するために使用できます。
分子構造の予測
これは、結合挙動に基づく分子の通常のジオメトリを説明するチャートです。このキーを使用するには、最初の抽選アウト ルイス構造 分子のために。両方を含めて、存在する電子対の数を数えます 結合ペア と 孤独なペア .二重結合と三重結合の両方を、単一の電子対であるかのように扱います。 A は、中心原子を表すために使用されます。 B は A を囲む原子を示します。E は孤立電子対の数を示します。結合角は次の順序で予測されます。
孤立ペア対孤立ペア反発 > 孤立ペア対結合ペア反発 > 結合ペア対 結合対反発
分子構造の例
線形分子構造を持つ分子の中心原子の周りに 2 つの電子対があり、2 つの結合電子対と 0 の非共有電子対があります。理想的な結合角は 180° です。
| ジオメトリ | タイプ | 電子対の数 | 理想的な結合角度 | 例 |
| 線形 | AB2 | 2 | 180° | BeCl2 |
| 三角平面 | AB3 | 3 | 120° | BF3 |
| 四面体 | AB4 | 4 | 109.5° | CH4 |
| 三角両錐体 | AB5 | 5 | 90°、120° | PCl5 |
| 八面体 | AB6 | 6 | 90° | SF6 |
| 曲がった | AB2と | 3 | 120° (119°) | それで2 |
| 三角錐 | AB3と | 4 | 109.5° (107.5°) | NH3 |
| 曲がった | AB2と2 | 4 | 109.5° (104.5°) | ひ2〇 |
| シーソー | AB4と | 5 | 180°、120° (173.1°、101.6°) | SF4 |
| T字型 | AB3と2 | 5 | 90°、180° (87.5°、<180°) | ClF3 |
| 線形 | AB2と3 | 5 | 180° | XeF2 |
| 四角錐 | AB5と | 6 | 90° (84.8°) | BRF5 |
| 正方形の平面 | AB4と2 | 6 | 90° | XeF4 |
分子構造における異性体
同じ化学式の分子でも、原子の配置が異なる場合があります。分子は呼ばれます 異性体 .異性体は、互いに非常に異なる特性を持つ場合があります。異性体にはさまざまな種類があります。
- 憲法または 構造異性体 同じ式を持っていますが、原子は同じ水で互いに接続されていません.
- 立体異性体は、原子が同じ順序で結合した同じ式を持ちますが、原子のグループは結合の周りを異なる方法で回転し、キラリティーまたは掌性を生じます。立体異性体は、互いに異なる方法で光を偏光します。生化学では、それらは異なる生物活性を示す傾向があります。
分子構造の実験的決定
ルイス構造を使用して分子構造を予測できますが、これらの予測を実験的に検証することをお勧めします。いくつかの分析方法を使用して、分子を画像化し、その振動および回転吸光度を知ることができます。例としては、X 線結晶構造解析、中性子回折、赤外 (IR) 分光法、ラマン分光法、電子回折、マイクロ波分光法などがあります。温度を上げると分子により多くのエネルギーが与えられ、コンフォメーションの変化につながる可能性があるため、構造の最良の決定は低温で行われます。物質の分子構造は、サンプルが固体、液体、気体、または溶液の一部であるかによって異なります。
分子幾何学の重要ポイント
- 分子幾何学は、分子内の原子の 3 次元配置を記述します。
- 分子の形状から得られるデータには、各原子の相対位置、結合長、結合角、およびねじれ角が含まれます。
- 分子の形状を予測すると、その反応性、色、物質の相、極性、生物活性、磁性を予測できます。
- 分子構造は、VSEPR とルイス構造を使用して予測でき、分光法と回折を使用して検証できます。
参考文献
- コットン、F.アルバート。ウィルキンソン、ジェフリー。ムリーリョ、カルロス A.; Bochmann、Manfred (1999)、Advanced Inorganic Chemistry (第 6 版)、ニューヨーク: Wiley-Interscience、ISBN 0-471-19957-5。
- McMurry, John E. (1992)、Organic Chemistry (第 3 版)、Belmont: Wadsworth、ISBN 0-534-16218-5。
- Miessler G.L. および Tarr D.A. 無機化学 (第 2 版、Prentice-Hall 1999)、57 ～ 58 ページ。