Čtyřboká molekulární geometrie - Tetrahedral molecular geometry
Čtyřboká molekulární geometrie | |
---|---|
![]() | |
Příklady | CH4, MnO− 4 |
Skupina bodů | Td |
Koordinační číslo | 4 |
Úhel (y) vazby | ≈109.5° |
μ (polarita) | 0 |
V čtyřboká molekulární geometrie, centrální atom se nachází ve středu se čtyřmi substituenty které jsou umístěny v rozích a čtyřstěn. The vazebné úhly jsou cos−1(−1⁄3) = 109,4712206 ... ° ≈ 109,5 °, když jsou všechny čtyři substituenty stejné, jako v metan (CH
4)[1][2] stejně jako jeho těžší analogy. Metan a další dokonale symetrické čtyřboké molekuly patří bodová skupina Td, ale většina čtyřboká molekula má nižší symetrie. Čtyřboké molekuly mohou být chirální.
Příklady
Chemie hlavní skupiny

4)
Kromě prakticky všech nasycených organických sloučenin je většina sloučenin Si, Ge a Sn čtyřboká. Často čtyřboké molekuly mají mnohonásobnou vazbu k vnějším ligandům, jako v xenon tetroxid (XeO4), chloristan ion (ClO−
4), síran ion (TAK2−
4), fosfát ion (PO3−
4). Thiazyl trifluorid (SNF
3) je čtyřboká, s trojnou vazbou síra-dusík.[3]
Jiné molekuly mají čtyřboké uspořádání elektronových párů kolem centrálního atomu; například amoniak (NH
3) s atomem dusíku obklopeným třemi vodíky a jedním osamělý pár. Obvyklá klasifikace však bere v úvahu pouze vázané atomy a ne osamělý pár, takže amoniak je ve skutečnosti považován za pyramidový. Úhly H – N – H jsou 107 °, zmenšené od 109,5 °. Tento rozdíl je přičítán vlivu osamělého páru, který má větší odpudivý vliv než vázaný atom.
Chemie přechodových kovů

Geometrie je opět rozšířená, zejména u komplexů, kde má kov d0 nebo d10 konfigurace. Ilustrativní příklady zahrnují tetrakis (trifenylfosfin) palladium (0) (Pd [P (C.
6H
5)
3]
4), niklkarbonyl (Ni (CO)
4), a chlorid titaničitý (TiCl
4). Mnoho komplexů s neúplně vyplněnými d-granáty je často čtyřboké, např. tetrahalogenidy železa (II), kobaltu (II) a niklu (II).
Vodní struktura
V plynné fázi má jedna molekula vody atom kyslíku obklopený dvěma vodíky a dvěma osamělými páry a H
2Ó geometrie je jednoduše popsána jako ohnutý bez ohledu na nevázané osamělé páry.
V kapalné vodě nebo v ledu se však tvoří osamělé páry Vodíkové vazby se sousedními molekulami vody. Nejběžnějším uspořádáním atomů vodíku kolem kyslíku je čtyřboká se dvěma atomy vodíku kovalentně navázanými na kyslík a dvěma navázanými vodíkovými vazbami. Vzhledem k tomu, že vodíkové vazby mají různou délku, mnoho z těchto molekul vody není symetrických a tvoří přechodný nepravidelný čtyřstěn mezi svými čtyřmi přidruženými atomy vodíku.[4]
Bitetrahedrální struktury
Mnoho sloučenin a komplexů přijímá bitetraedrické struktury. V tomto motivu mají dva čtyřstěny společný okraj. Anorganický polymer disulfid křemíku představuje nekonečný řetězec čtyřstěnů sdílených s okraji.

Výjimky a zkreslení
Inverze čtyřboká se často vyskytuje v organické a hlavní skupinové chemii. Takzvaný Waldenova inverze ilustruje stereochemické důsledky inverze na uhlíku. Inverze dusíku v amoniaku také znamená přechodnou tvorbu planárního NH
3.
Obrácená čtyřboká geometrie
Geometrická omezení v molekule mohou způsobit vážné narušení idealizované čtyřboké geometrie. Ve sloučeninách, které mají „obrácenou“ čtyřbokou geometrii na atomu uhlíku, jsou všechny čtyři skupiny připojené k tomuto uhlíku na jedné straně roviny.[5] Atom uhlíku leží na vrcholu čtverce nebo v jeho blízkosti pyramida s dalšími čtyřmi skupinami v rozích.[6][7]
Nejjednodušší příklady organických molekul zobrazujících obrácenou čtyřboká geometrii jsou nejmenší pohonné hmoty, jako [1.1.1] propellane; nebo obecněji pádla,[8] a pyramidan ([3.3.3.3] fenestrane).[6][7] Takové molekuly jsou typicky napjatý, což má za následek zvýšenou reaktivitu.
Planarizace
Čtyřstěn může být také zkreslen zvětšením úhlu mezi dvěma vazbami. V krajním případě dojde ke zploštění. U uhlíku lze tento jev pozorovat u třídy sloučenin nazývaných fenestrane.[Citace je zapotřebí ]
Čtyřboké molekuly bez centrálního atomu
Několik molekul má čtyřbokou geometrii bez centrálního atomu. Anorganickým příkladem je tetraposfor (P
4), který má čtyři atomy fosforu na vrcholech čtyřstěnu a každý je vázán na další tři. Organický příklad je čtyřstěn (C
4H
4) se čtyřmi atomy uhlíku, z nichž každý je vázán na jeden vodík a další tři uhlíky. V tomto případě je teoretický úhel vazby C-C-C pouhých 60 ° (v praxi bude úhel větší kvůli ohnuté vazby ), což představuje velkou míru namáhání.
Viz také
Reference
- ^ „Úhel mezi 2 nohama čtyřstěnu“. Maze5.net.
- ^ Brittin, W. E. (1945). "Valenční úhel čtyřboký atom uhlíku". J. Chem. Educ. 22 (3): 145. Bibcode:1945JChEd..22..145B. doi:10.1021 / ed022p145.
- ^ Miessler, G. L .; Tarr, D. A. (2004). Anorganická chemie (3. vyd.). Pearson / Prentice Hall. ISBN 0-13-035471-6.
- ^ Mason, P.E .; Brady, J. W. (2007). ""Tetrahedrality "a vztah mezi kolektivní strukturou a radiálními distribučními funkcemi v kapalné vodě". J. Phys. Chem. B. 111 (20): 5669–5679. doi:10.1021 / jp068581n. PMID 17469865.
- ^ Wiberg, Kenneth B. (1984). "Invertovaná geometrie na uhlíku". Př. Chem. Res. 17 (11): 379–386. doi:10.1021 / ar00107a001.
- ^ A b Joseph P. Kenny; Karl M. Krueger; Jonathan C. Rienstra-Kiracofe; Henry F. Schaefer III (2001). "C5H4: Pyramidan a jeho nízko ležící izomery “. J. Phys. Chem. A. 105 (32): 7745–7750. Bibcode:2001JPCA..105 7745 tis. doi:10.1021 / jp011642r.
- ^ A b Lewars, E. (1998). „Pyramidan: an ab initio studium C.5H4 povrch potenciální energie ". Journal of Molecular Structure: THEOCHEM. 423 (3): 173–188. doi:10.1016 / S0166-1280 (97) 00118-8.
- ^ IUPAC, Kompendium chemické terminologie, 2. vyd. („Zlatá kniha“) (1997). Online opravená verze: (2006–) “pádla ". doi:10.1351 / zlatá kniha.P04395
externí odkazy
- Příklady čtyřbokých molekul
- Animovaný čtyřboký vizuál
- Elmhurst College
- Interaktivní molekulární příklady pro bodové skupiny
- 3D Chem - Chemie, struktury a 3D molekuly
- IUMSC - Centrum molekulární struktury univerzity v Indianě]
- Složitá iontová geometrie: čtyřboká
- Molekulární modelování