분자 기하학 유형 및 예제

그 분자 기하학 o 분자 구조 중심 원자 주위의 원자의 공간 분포이다. 원자는 높은 전자 밀도가있는 영역을 나타내 므로 전자 (single, double 또는 triple)를 형성하는 링크와 관계없이 전자 그룹으로 간주됩니다..

이 개념은 원자가 결합 (TEV)의 이론과 원자가 쉘 (VSPR)의 전자 쌍의 반발이라는 두 이론의 조합 및 실험 데이터로부터 나옵니다. 첫 번째가 링크와 각을 정의하는 동안 두 번째는 기하학을 설정하고 따라서 분자 구조를 확립합니다.

어떤 기하학적 모양이 분자를 채택 할 수 있습니까? 이전의 두 이론은 해답을 제공합니다. VSEPR에 따르면 자유 전자의 원자와 쌍은 공간 사이에 정전 기적 반발을 최소화하는 방식으로 공간에 배치되어야합니다..

따라서 기하학적 모양은 임의적이지 않지만 가장 안정적인 디자인을 찾습니다. 예를 들어, 위 이미지에서 삼각형은 왼쪽으로, 그리고 팔면체는 오른쪽으로 볼 수 있습니다. 녹색 점은 원자를 나타내고 오렌지색 줄무늬는 링크를 나타냅니다..

삼각형에서 세 개의 녹색 점은 120º의 간격으로 방향이 지정됩니다. 이 각도는 결합의 각도와 동일하며, 가능한 한 원자들이 서로 반발하는 것을 허용한다. 따라서, 3 개의 다른 원자에 부착 된 중심 원자를 갖는 분자는 삼각형 평면 기하 구조를 채택 할 것이다.

그러나, VSCR은 중심 원자에 전자의 자유 쌍이 기하학을 왜곡 할 것이라고 예측합니다. 삼각 평면의 경우,이 쌍은 삼각형 피라미드 기하학을 초래하는 세 개의 녹색 점을 내립니다..

이미지의 팔면체에서도 마찬가지입니다. 그 안에서 모든 원자가 가능한 가장 안정된 방법으로 분리됩니다.

색인

• 1 원자 X의 분자 구조를 미리 아는 법?
• 2 가지 유형
  • 2.1 선형
  • 2.2 각도
  • 2.3 사면체
  • 2.4 Trigonal Bipyramid
  • 2.5 8 면체
  • 2.6 다른 분자 기하학
• 3 예
  • 3.1 선형 기하학
  • 3.2 각도 기하학
  • 3.3 삼각 계획
  • 3.4 사면체
  • 3.5 삼각 피라미드
  • 3.6 삼각뿔 Bipyramid
  • 3.7 진동
  • 3.8 T 자형
  • 3.9 8 면체
• 4 참고

원자 X의 분자 구조를 미리 아는 법?

이를 위해서는 자유 전자 쌍을 전자 그룹으로 간주 할 필요가있다. 이것들은 원자와 함께, 무엇이라고 정의 할 것인가? 전자 기하학, 분자 기하학과 분리 할 수없는 동반자.

전자 기하학으로부터 자유 전자쌍을 루이스 구조에 의해 검출함으로써 분자 기하학적 성질이 무엇인지를 확립 할 수있다. 모든 분자 구조의 합계는 세계 구조의 개요를 제공 할 것입니다.

유형

주요 이미지에서 볼 수 있듯이 분자 구조는 중심 원자를 몇 개의 원자가 둘러싸는 지에 달려 있습니다. 그러나 한 쌍의 전자가 공유하지 않고 존재하면 많은 양을 차지하기 때문에 형상을 수정합니다. 따라서 입체적인 효과를 발휘합니다..

이것에 따르면 기하학은 많은 분자에 대해 일련의 특징적인 모양을 나타낼 수 있습니다. 그리고 이것은 다양한 유형의 분자 기하 구조 또는 분자 구조가 발생하는 곳입니다.

형상이 구조와 언제 같습니까? 두 가지 모두 구조에 둘 이상의 유형의 지오메트리가없는 경우에만 동일하게 나타납니다. 그렇지 않으면 모든 현재 유형을 고려해야하며 구조에 전역 이름 (선형, 분기, 구형, 평면 등)이 주어져야합니다..

기하학은 구조 단위에서 고체 구조를 설명하는 데 특히 유용합니다.

선형

모든 공유 결합은 방향성이 있으므로 링크 A-B는 선형입니다. 그러나 AB 분자는 선형일까요?₂? '예'인 경우 형상은 단순히 B-A-B로 표시됩니다. 두 개의 B 원자는 180 °의 각도로 떨어져 있으며, TEV에 따르면 A는 sp 하이브리드 궤도를 가져야합니다.

각도

첫 번째 예에서는 AB 분자의 선형 구조를 가정 할 수 있습니다₂; 그러나 결론에 도달하기 전에 루이스의 구조를 그려야합니다. 루이스의 구조를 그리면, A의 원자에 (:)을 공유하지 않고 전자의 쌍의 수를 식별 할 수있다..

이것이 그렇게되면, 전자쌍 위에 B의 두 원자를 밀어 넣어 각도를 변화시킵니다. 결과적으로, 선형 분자 B-A-B는 V, 부메랑 또는 각도 기하 (최상위 이미지)가되어,

물 분자 H-O-H는 이러한 형태의 기하 구조에 대한 이상적인 예입니다. 산소 원자에는 109 °의 대략적인 각도로 배향 된 두 쌍의 공유 전자가있다..

왜이 각도? 왜냐하면 전자 기하학은 4 개의 꼭지점을 가진 사면체입니다. 위의 이미지에서 녹색 점과 두 개의 "눈이있는 돌출부"는 중심에 푸른 점이있는 정사면체를 그립니다..

O가 자유 전자쌍을 갖지 않으면 물은 선형 분자를 형성하고 극성은 감소하고 바다, 바다, 호수 등은 알려진대로 존재하지 않을 것입니다.

사면체

위 이미지는 사면체 기하학을 나타냅니다. 물 분자의 전자 기하학은 사면체이지만, 전자가없는 쌍을 제거함으로써 그것이 각도 기하학으로 변형된다는 것을 알 수 있습니다. 이것은 또한 두 개의 녹색 점을 제거하여 간단히 관찰 할 수 있습니다. 나머지 2 개는 파란색 점으로 V를 그립니다..

두 쌍의 자유 전자 대신 하나만 존재한다면 어떨까요? 그러면 삼각 평면이 생깁니다 (주 이미지). 그러나, 전자 그룹을 제거함으로써, 한 쌍의 자유 전자에 의해 생성 된 입체 효과는 피할 수 없다. 따라서 삼각 평면을 삼각형 기본 피라미드로 왜곡합니다.

삼각 및 사면체 피라미드 분자 구조가 다르더라도 전자 기하학은 동일합니다 : 사면체. 따라서 삼각 피라미드는 전자 기하학으로 간주되지 않습니다.?

그 대답은 "눈이있는 엽"에 의해 야기 된 왜곡과 그 입체적인 효과의 결과이기 때문에 아니오입니다.이 지오메트리는 이후의 왜곡을 고려하지 않습니다.

이러한 이유로 분자 기하를 정의하기 전에 Lewis 구조의 도움으로 전자 기하학을 먼저 결정하는 것이 항상 중요합니다. 암모니아 분자, NH₃, 삼각 피라미드 분자 기하학의 예이지만, 사면체 전자 기하학.

삼각법 Bipyramid

지금까지, 선형 기하학을 제외하고, 사면체, 각 및 삼각뿔뿔이 낀 피라미드의 중앙 원자는 sp 하이브리드 화를 가지고있다.³, TEV에 따르면. 즉, 링크 각도가 실험적으로 결정되면 약 109º.

trigonal dipiramidal 기하학에서, 중심 원자 주위에 5 개의 전자 그룹이있다. 상단 이미지에서 5 개의 녹색 점을 볼 수 있습니다. 삼각형베이스에 3 개, 피라미드의 상단 및 하단 정점 인 축 위치에 2 개.

그러면 파란색 점이 어떤 하이브리드 화가됩니까? 간단한 결합 (오렌지색)을 형성하기 위해서는 5 개의 하이브리드 궤도가 필요합니다. 이것은 5 개의 sp 오비탈을 통해 이루어집니다.³d (궤도 s, 3 개의 p와 d의 혼합물의 생성물).

5 개의 전자 그룹을 고려할 때, 기하학은 이미 노출 된 것이지만, 공유하지 않고 한 쌍의 전자를 가지면, 이것은 다시 다른 기하학을 생성하는 왜곡을 겪는다. 또한 다음과 같은 질문이 생깁니다 :이 쌍이 ​​피라미드의 어떤 위치를 차지할 수 있습니까? 이들은 : 축 방향 또는 적도.

축 방향 및 적도 위치

삼각베이스를 구성하는 녹색 점은 적도 위치에 있고, 두 점은 축 ​​방향 위치에서 상단과 하단에 있습니다. 바람직하게는 공유되지 않는 한 쌍의 전자가 위치 할 것인가? 정전기 반발력과 입체 효과를 최소화하는 위치.

축 방향 위치에서 전자 쌍은 삼각 기저부에서 수직으로 (90 °) "누르면"적도 위치에있는 경우 나머지 두 전자 기는 120º 간격으로 90º로 양쪽 끝을 누르십시오 ( 3 개,베이스와 같이).

그러므로, 중심 원자는보다 안정한 분자 기하를 생성하기 위해 적도 위치에서 전자 자유 쌍을 배향 시키려고 할 것이다.

진동 및 T 모양

삼각 쌍 비라미드 구조가 하나 이상의 원자를 전자가없는 쌍으로 대체하는 경우 다른 분자 구조를 갖게됩니다.

상단 이미지의 왼쪽에 기하학이 진동하는 모양으로 바뀝니다. 그것의 자유 쌍 전자는 4 개의 원자의 나머지 부분을 같은 방향으로 밀어 넣어, 링크를 왼쪽으로 접는다. 이 쌍과 두 개의 원자는 원래 쌍떡잎 식물의 동일한 삼각형 평면에 놓여 있음을 주목하십시오.

그리고 이미지의 오른쪽에 T 자형의 기하학이 있습니다.이 분자 기하학은 두 쌍의 전자를 두 개의 원자로 대체 한 결과로 나머지 세 개의 원자는 정확히 한 문자를 그은 동일한 평면에 정렬됩니다 T.

AB 형 분자₅, 그것은 삼각뿔 비극 각 (triphonal bipyramid) 구조를 채택한다. 그러나 AB₄, 동일한 전자 기하학으로, 그것은 진동하는 기하학을 채택 할 것이다; 및 AB₃, T 모양의 기하학. 모두에서 A는 (일반적으로) sp 하이브리드 화³d.

분자 구조를 결정하기 위해서는 루이스 구조와 그 전자 기하학을 그릴 필요가 있습니다. 이것이 삼각 쌍 비 미라 미드 인 경우 전자없는 쌍은 폐기되지만 나머지 원자에 대한 입체 효과는 제거되지 않습니다. 따라서, 가능한 3 가지 분자 기하학 사이를 완벽하게 구별하는 것이 가능하다.

팔면체

8 면체 분자의 기하학은 주 이미지의 오른쪽에 표시됩니다. 이 유형의 기하학은 AB 화합물에 해당합니다.₆. AB₄ 그들은 사각형베이스를 형성하고, 나머지 두 개의 B는 축 방향 위치에 위치한다. 따라서, 정사각형의 면인 몇 개의 등변 삼각형이 형성된다..

여기서도 (모든 전자 기하 구조와 마찬가지로) 자유 전자 쌍이있을 수 있으며, 따라서 다른 분자 기하 구조가이 사실로부터 파생됩니다. 예를 들어, AB₅ 팔면체 전자 기하학은 정사각형 기저를 가진 피라미드와 AB₄ 사각 평면의

팔면체 전자 기하학의 경우,이 두 분자 기하학은 정전 기적 반발의 관점에서 가장 안정합니다. 사각형 평면 기하학에서 두 전자 쌍은 180 ° 떨어져 있습니다..

이 기하 구조 (또는 구조, 그것이 유일한 경우)에서 원자 A에 대한 하이브리드 화는 무엇입니까? 다시 말하지만, TEV는 그것이 sp임을 입증합니다.³d², 6 개의 하이브리드 궤도는 A가 팔면체의 꼭지점에서 전자 그룹을 방향 지을 수있게한다..

기타 분자 기하학

지금까지 언급 된 피라미드의 기초를 수정하여 좀 더 복잡한 분자 구조를 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 5 각형 비라미 미드는 5 각형을 기본으로하고 그 화합물을 형성하는 화합물은 일반 공식 AB₇.

다른 분자 기하 구조와 마찬가지로, 전자가없는 쌍으로 B 원자를 치환하면 기하학적 구조가 다른 형태로 변형됩니다.

또한, AB 화합물₈ 그들은 정사각형 반향 현상과 같은 기하학을 채택 할 수 있습니다. 일부 형상은 매우 복잡 할 수 있습니다. 특히 AB 수식의 경우₇ 이후 (최대 AB₁₂).

예제들

다음으로, 일련의 화합물이 각각의 주된 분자 구조에 대해 언급 될 것이다. 연습으로 모든 예제에 대해 Lewis 구조를 그릴 수 있으며 전자 기하학을 사용하면 아래 나열된 분자 구조를 얻을 수 있는지 확인할 수 있습니다..

선형 기하학

-에틸렌, H₂C≡CH₂

-베릴륨 클로라이드, BeCl₂ (Cl-Be-Cl)

-이산화탄소, CO₂ (O = C = O)

-질소, N₂ (N≡N)

-수은 디 브로마이드, HgBr₂ (Br-Hg-Br)

-음이온 triiodide, 나는₃^- (I-I-I)

-수소 시안화물, HCN (H-N≡C)

그 각도는 반드시 180º이어야하며 따라서 sp 하이브리드 화가 있어야합니다.

각도 기하학

-물

-이산화황, SO₂

-이산화질소, NO₂

-오존, 오₃

-음이온 아미도, NH₂^-

삼각 평면

-브롬 트리 플루오 라이드, BF₃

-알루미늄 트리 클로라이드, AlCl₃

-니트 레이트 음이온, NO₃^-

-음이온 성 탄산염, CO₃^2-

사면체

-메탄 가스, CH₄

-사염화탄소, CCl₄

-양이온 암모늄, NH₄⁺

-음이온 황산염, SO₄^2-

삼각 피라미드

-암모니아, NH₃

-양이온 하이드로 늄, H₃O⁺

삼각법 Bipyramid

-인규 펜타 플루오 라이드, PF₅

-안티몬 펜타 클로라이드, SbF₅

진동

사 불화 황, SF₄

T의 모양

-요오드 트리 클로라이드, ICl₃

-삼 염화 클로라이드, ClF₃ (두 화합물 모두 interhalogen으로 알려져 있음)

팔면체

-황 헥사 플루오 라이드, SF₆

-셀레늄 헥사 플루오 라이드, SeF₆

-헥사 플루오로 포스페이트, PF₆^-

종결을 위해 분자 기하학은 물질의 화학적 또는 물리적 특성의 관찰을 설명합니다. 그러나 전자 기하학에 따라 방향이 정해 지므로 전자 기하학은 항상 첫 번째.

참고 문헌

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. 화학 (8 판). CENGAGE Learning, p 194-198.
2. Shiver & Atkins. (2008). 무기 화학 (제 4 판., 23, 24, 80, 169 쪽). Mc Graw Hill.
3. Mark E. Tuckerman. (2011). 분자 기하학과 VSEPR 이론. 원본 주소 'nyu.edu'
4. Virtual Chembook, Charles E. Ophardt. (2003). 분자 기하학 소개. 원본 주소 'chemistry.elmhurst.edu'
5. 화학 LibreTexts. (2016 년 9 월 8 일). 분자의 기하학. 원본 주소 'chemical.libretexts.org'