Van der Waalsův povrch - Van der Waals surface

van der Waalsovy poloměry
Živel	poloměr (A )
Vodík	1.2 (1.09)^[1]
Uhlík	1.7
Dusík	1.55
Kyslík	1.52
Fluor	1.47
Fosfor	1.8
Síra	1.8
Chlór	1.75
Měď	1.4
Van der Waalsovy poloměry převzaty z Bondiho kompilace (1964).^[2] Hodnoty z jiných zdrojů mohou výrazně se liší (viz text)

The van der Waalsův povrch a molekula je abstraktní reprezentace nebo model této molekuly, ilustrující, kde by ve velmi hrubých termínech mohl povrch molekuly spočívat na základě tvrdých mezních hodnot van der Waalsovy poloměry pro jednotlivé atomy a představuje povrch, přes který by mohla být molekula chápána jako interagující s jinými molekulami.^{[Citace je zapotřebí ]} Označuje se také jako a van der Waalsova obálka, povrch van der Waals je pojmenován Johannes Diderik van der Waals, holandský teoretický fyzik a termodynamik, který vyvinul teorii, aby poskytl a stavová rovnice kapalného plynu který představoval nenulový objem atomů a molekul a na jejich vystavení atraktivní síla když interagovali (teoretické konstrukce, které také nesou jeho jméno). van der Waalsovy povrchy jsou tedy nástrojem používaným v abstraktních reprezentacích molekul, ať už k nim přistupujete tak, jak byly původně, pomocí ručního výpočtu, nebo pomocí fyzických modelů dřevo / plast, nebo nyní digitálně, prostřednictvím výpočetní chemie software. Prakticky vzato, Modely CPK, vyvinutý a pojmenovaný pro Robert Corey, Linus Pauling, a Walter Koltun,^[3] byly prvními široce používanými fyzikálními molekulárními modely založenými na van der Waalsových poloměrech a umožnily široké pedagogické a výzkumné použití modelu ukazujícího van der Waalsovy povrchy molekul.

Van der Waalsův objem a van der Waalsův povrch

Metan, CH₄, vyplňování prostoru, reprezentace na základě van der Waala, uhlík (C) v černé barvě, vodík (H) v bílé barvě. v chemie, a model vyplňování prostoru je typ trojrozměrný (3D) molekulární model Kde atomy jsou reprezentovány koulemi, jejichž poloměry jsou buď jako van der Waalsovy poloměry nebo jinak, úměrně k poloměry atomů. Vzdálenosti atomů od středu ke středu jsou úměrné vzdálenostem mezi atomy atomová jádra, vše ve stejném měřítku. Atomy různých chemické prvky jsou obvykle reprezentovány koulemi různých barev, viz níže.

S konceptem titulu souvisí myšlenky a van der Waalsův objem, V_wa povrch van der Waals, zkráceně různě jako A_w, vdWSA, VSA a WSA.^{[Citace je zapotřebí ]} Van der Waalsův povrch je abstraktní pojetí povrchu atomů nebo molekul z matematického odhadu, buď jeho výpočtem z prvních principů, nebo integrací přes odpovídající objem van der Waals. V nejjednodušším případě pro sférický monatomický plyn je to jednoduše vypočítaná povrchová plocha koule o poloměru rovnající se van der Waalsovu poloměru plynného atomu:

${ displaystyle A _ { rm {w}} = 4 pi r _ { rm {w}} ^ {2}}$ .

The van der Waalsův objem, typ atomový nebo molekulární objem, je nemovitost přímo související s poloměr van der Waals, a je definován jako objem obsazený jednotlivým atomem nebo v kombinovaném smyslu všemi atomy molekuly. Lze jej vypočítat pro atomy, pokud je znám van der Waalsův poloměr, a pro molekuly, pokud jsou známy poloměry jeho atomů a meziatomové vzdálenosti a úhly. Jak je uvedeno výše, v nejjednodušším případě, pro sférický monatomický plyn, V_w je jednoduše vypočítaný objem koule o poloměru rovný van der Waalsovu poloměru plynného atomu:

${ displaystyle V _ { rm {w}} = {4 nad 3} pi r _ { rm {w}} ^ {3}}$ .

Pro molekulu, V_w je objem uzavřený van der Waalsův povrch; tedy výpočet V_w předpokládá schopnost popsat a vypočítat van der Waalsův povrch. van der Waalsovy objemy molekul jsou vždy menší než součet van der Waalsových objemů jejich základních atomů, vzhledem k tomu, že meziatomové vzdálenosti vyplývající z chemická vazba jsou menší než součet atomových poloměrů van der Waals. V tomto smyslu je povrch van der Waalsovy a homonukleární diatomic Na molekulu lze pohlížet jako na obrazové překrytí dvou sférických van der Waalsových povrchů jednotlivých atomů, stejně tak u větších molekul, jako je metan, amoniak atd. (viz obrázky).

Van der Waalsovy poloměry a objemy mohou být stanoveny z mechanických vlastností plynů (původní metoda určující van der Waalsova konstanta ), z kritický bod (např. tekutiny), z krystalografické měření rozestupu mezi páry nevázaných atomů v krystalech nebo z měření elektrických nebo optických vlastností (tj. polarizovatelnost nebo molární lomivost ). Ve všech případech se měření provádějí na makroskopických vzorcích a výsledky se vyjadřují jako molární množství. van der Waalsovy objemy jednoho atomu nebo molekul jsou dosaženy dělením makroskopicky stanovených objemů Avogadro konstantní. Různé metody dávají hodnoty poloměru, které jsou podobné, ale ne identické - obvykle v rozmezí 1–2A (100–200 odpoledne ). Užitečné tabulkové hodnoty van der Waalsových poloměrů se získají pomocí a Vážený průměr z řady různých experimentálních hodnot a z tohoto důvodu budou různé tabulky představovat různé hodnoty pro van der Waalsův poloměr stejného atomu. Rovněž se tvrdilo, že van der Waalsův poloměr není za všech okolností pevnou vlastností atomu, ale spíše, že se bude měnit s chemickým prostředím atomu.^[2]

Galerie

Amoniak, NH₃, vyplňování prostoru, reprezentace na základě van der Waala, dusík (N) modře, vodík (H) bíle.
Fosfin, PH₃, vyplňování prostoru, reprezentace na základě van der Waala, model koule a tyčinky, fosfor (P) v oranžové barvě, vodík (H) v bílé barvě.
Model vyplňující prostor n-oktan, rovný řetěz (normální) uhlovodík složené z 8 uhlíků a 18 vodíků, vzorce: CH₃CH₂(CH₂)₄CH₂CH₃ nebo C
₈H
₁₈. Všimněte si, že uvedený zástupce je z singl konformační "póza" populace molekul, které kvůli nízkému Gibbsova energie překážky rotace kolem jeho vazeb uhlík-uhlík (což dává uhlíkovému „řetězci“ velkou flexibilitu). normálně se skládá z velmi velkého počtu různých takových konformací (např. v roztoku).
Příklad trojrozměrného, prostor vyplňujícího, modelu van der Waala založeného na komplexní molekule, THC, aktivní látka v lékařské marihuaně. Možná budete muset kliknout na obrázek, abyste viděli rotaci.
Sirovodík, H₂S, vyplňování prostoru, reprezentace na základě van der Waala, model koule a hole, superponovaný, síra (S) ve žluté barvě, vodík (H) v bílé barvě s modrou barvou. Také na něm ukazuje povrch povrch elektrostatického potenciálu, vypočteno pro molekulu neznámým způsobem,^{[Citace je zapotřebí ]} použitím výpočetní chemie nástroje. Je zastíněno modře pro elektropozitivní oblasti, do kterých se červená elektronegativní oblastech.

Viz také

Další čtení

DC Whitley, Van der Waalsovy povrchové grafy a molekulární tvar, Journal of Mathematical Chemistry, Svazek 23, čísla 3-4, 1998, str. 377–397 (21).
M. Petitjean, K analytickému výpočtu van der Waalsových povrchů a objemů: Některé numerické aspekty, Journal of Computational Chemistry, Svazek 15, číslo 5, 1994, str. 507–523.

Odkazy a poznámky

^ Rowland RS, Taylor R (1996). "Mezimolekulární nevázané kontaktní vzdálenosti v organických krystalových strukturách: srovnání se vzdálenostmi očekávanými od van der Waalsových poloměrů". J. Phys. Chem. 100 (18): 7384–7391. doi:10.1021 / jp953141 +.
^ ^A ^b Bondi, A. (1964). „Van der Waalsovy svazky a poloměry“. J. Phys. Chem. 68 (3): 441–51. doi:10.1021 / j100785a001.
^ Robert B. Corey a Linus Pauling, 1953, „Molekulární modely aminokyselin, peptidů a proteinů“ Rev. Sci. Instrum., 24(8), s. 621–627, DOI 10.1063 / 1.1770803, viz [1], zpřístupněno 23. června 2015.

externí odkazy

VSA pro různé molekuly Anton Antonov, Demonstrační projekt Wolfram, 2007.
Van der Waalsovy poloměry, Glosář strukturní biologie, Knihovna obrázků biologických makromolekul.
Analytický výpočet van der Waalsových povrchů a objemů.

[RowlandRS1996-1] Rowland RS, Taylor R (1996). "Mezimolekulární nevázané kontaktní vzdálenosti v organických krystalových strukturách: srovnání se vzdálenostmi očekávanými od van der Waalsových poloměrů". J. Phys. Chem. 100 (18): 7384–7391. doi:10.1021 / jp953141 +.

[Bondi1964-2] A ^b Bondi, A. (1964). „Van der Waalsovy svazky a poloměry“. J. Phys. Chem. 68 (3): 441–51. doi:10.1021 / j100785a001.

[corpau-3] Robert B. Corey a Linus Pauling, 1953, „Molekulární modely aminokyselin, peptidů a proteinů“ Rev. Sci. Instrum., 24(8), s. 621–627, DOI 10.1063 / 1.1770803, viz [1], zpřístupněno 23. června 2015.

[1]

[2]

[3]