化学における分子幾何学の定義

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化学では、 分子構造 の三次元形状を記述します。 分子 との相対位置 原子核 分子の。原子間の空間的関係がその反応性、色、生物活性、物質の状態、極性、およびその他の特性を決定するため、分子の分子構造を理解することは重要です。

重要ポイント: 分子構造

• 分子幾何学は、分子内の原子と化学結合の 3 次元配置です。
• 分子の形状は、色、反応性、生物活性などの化学的および物理的特性に影響を与えます。
• 隣接する結合間の結合角は、分子の全体的な形状を表すために使用できます。

分子の形

分子構造は、隣接する 2 つの結合の間で形成される結合角に従って記述できます。単純な分子の一般的な形状は次のとおりです。

線形 : 線状分子が直線の形をしています。分子内の結合角は 180° です。二酸化炭素（CO₂) と一酸化窒素 (NO) は線形です。

角度 : 角のある、曲がった、または V 字型の分子には、180° 未満の結合角が含まれます。良い例は水 (H₂O)。

三角平面 : 三角形の平面分子が 1 つの平面内でほぼ三角形の形状を形成します。結合角は120°です。一例は三フッ化ホウ素（BF₃）。

四面体 : 四面体形状は、4 つの面を持つソリッド形状です。この形状は、1 つの中心原子に 4 つの結合がある場合に発生します。結合角は 109.47° です。四面体形状の分子の例はメタン (CH₄）。

八面体 : 八面体は 8 つの面を持ち、結合角は 90° です。八面体分子の例は 六フッ化硫黄 (SF₆）。

三角錐 : この分子の形状は、底が三角形のピラミッドに似ています。直線や三角は平面ですが、三角錐は立体です。分子の例はアンモニア (NH₃）。

分子幾何学の表現方法

通常、分子の 3 次元モデルを作成することは、特に分子が大きくて複雑な場合は実用的ではありません。ほとんどの場合、分子の形状は 2 次元で表されます。たとえば、紙に描いた絵やコンピューター画面上の回転モデルなどです。

一般的な表現には次のものがあります。

ラインまたはスティックモデル : このタイプのモデルでは、棒または線のみを表します 化学結合 が描かれています。棒の端の色は、その正体を示しています。 原子 、しかし、個々の原子核は示されていません。

ボール＆スティックモデル : これは、原子が球または球として表示され、化学結合が原子を結ぶ棒または線である一般的なタイプのモデルです。多くの場合、原子はそのアイデンティティを示すために色付けされています。

電子密度プロット : ここでは、原子も結合も直接示されていません。プロットは、 電子 .このタイプの表現は、分子の形状の輪郭を描きます。

アニメーション : 漫画は、大きくて複雑な分子に使用されます。 複数のサブユニット 、タンパク質のように。これらの図は、アルファ ヘリックス、ベータ シート、およびループの位置を示しています。個々の原子と化学結合は示されていません。分子の骨格はリボンとして描かれています。

異性体

2 つの分子が同じ化学式を持っていても、異なる形状を示すことがあります。これらの分子は 異性体 .異性体は共通の特性を共有する場合がありますが、融点と沸点が異なり、生物活性が異なり、色や匂いさえも異なるのが一般的です.

分子構造はどのように決定されるのですか?

分子の 3 次元形状は、隣接する原子と形成する化学結合の種類に基づいて予測できます。予測は主に以下に基づいています。 電気陰性度 原子とその原子の違い 酸化状態 .

予測の経験的検証は、回折と分光法から得られます。 X 線結晶構造解析、電子回折、および中性子回折を使用して、分子内の電子密度と原子核間の距離を評価できます。ラマン、IR、およびマイクロ波分光法は、化学結合の振動吸光度および回転吸光度に関するデータを提供します。

分子の分子構造は、分子内の原子間の関係および他の分子との関係に影響を与えるため、物質の相に応じて変化する場合があります。同様に、溶液中の分子の分子形状は、気体または固体としての形状とは異なる場合があります。理想的には、分子が低温にあるときに分子構造が評価されます。

ソース

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