İnorganik ve organik maddelerin moleküllerinin uzamsal yapısı, kimyasal ve fiziksel özelliklerini tanımlamada büyük önem taşır. Bir maddeyi kağıt üzerindeki harf ve rakamlardan oluşan bir takım olarak düşünürsek her zaman doğru sonuçlara varmak mümkün değildir. Birçok olayı, özellikle organik kimya ile ilgili olanları tanımlamak için molekülün stereometrik yapısını bilmek gerekir.
Sterometri nedir
Sterometri, bir maddenin moleküllerinin özelliklerini yapısına göre açıklayan bir kimya dalıdır. Ayrıca, moleküllerin uzaysal temsili burada önemli bir rol oynar, çünkü birçok biyoorganik fenomenin anahtarıdır.
Sterometri, hemen hemen her molekülün hacimsel biçimde temsil edilebildiği bir dizi temel kuraldır. Normal bir kağıda yazılan brüt formülün dezavantajı, incelenen maddenin özelliklerinin tam listesini ortaya koyamamasıdır.
Bir örnek, dibazik sınıfa ait olan fumarik asit olabilir. Suda az çözünür,zehirlidir ve doğada bulunabilir. Bununla birlikte, COOH gruplarının mekansal düzenini değiştirirseniz, tamamen farklı bir madde - maleik asit elde edebilirsiniz. Suda oldukça çözünür, sadece yapay olarak elde edilebilir ve toksik özelliklerinden dolayı insanlar için tehlikelidir.
Vant Hoff'un stereokimyasal teorisi
19. yüzyılda M. Butlerov'un herhangi bir molekülün düz yapısı hakkındaki fikirleri, maddelerin, özellikle de organiklerin birçok özelliğini açıklayamıyordu. Bu, van't Hoff'un M. Butlerov'un teorisini bu alandaki araştırmalarıyla tamamladığı "Uzayda Kimya" adlı eseri yazmasının itici gücüydü. Moleküllerin uzaysal yapısı kavramını tanıttı ve ayrıca keşfinin kimya bilimi için önemini açıkladı.
Böylece, üç tip laktik asidin varlığı kanıtlandı: et-laktik, dekstrorotatör ve fermente laktik asit. Bu maddelerin her biri için bir kağıt parçası üzerinde yapısal formül aynı olacaktır, ancak moleküllerin uzaysal yapısı bu fenomeni açıklamaktadır.
Van't Hoff'un stereokimyasal teorisinin sonucu, karbon atomunun düz olmadığı gerçeğinin kanıtıydı, çünkü dört değerlik bağı, hayali bir tetrahedronun köşeleriyle karşı karşıyadır.
Organik moleküllerin piramidal uzamsal yapısı
Van't Hoff'un bulgularına ve araştırmasına dayanarak, organik maddenin iskeletindeki her karbon bir tetrahedron olarak temsil edilebilir. biz böyleC-C bağlarının oluşumuyla ilgili 4 olası durumu ele alabilir ve bu tür moleküllerin yapısını açıklayabiliriz.
İlk durum, molekülün hidrojen protonlarıyla 4 bağ oluşturan tek bir karbon atomu olmasıdır. Metan moleküllerinin uzaysal yapısı, bir tetrahedronun ana hatlarını neredeyse tamamen tekrarlar, ancak hidrojen atomlarının etkileşimi nedeniyle bağ açısı biraz değişir.
Bir kimyasal C-C bağının oluşumu, ortak bir tepe noktasıyla birbirine bağlanan iki piramit olarak temsil edilebilir. Molekülün böyle bir yapısından, bu dörtyüzlülerin kendi eksenleri etrafında dönebildikleri ve konumlarını serbestçe değiştirebildikleri görülebilir. Bu sistemi bir etan molekülü örneğini kullanarak düşünürsek, iskeletteki karbonlar gerçekten dönebilir. Bununla birlikte, iki karakteristik konumdan, Newman projeksiyonundaki hidrojenler örtüşmediğinde, enerjisel olarak uygun olan tercih edilir.
Etilen molekülünün uzamsal yapısı, iki tetrahedranın ortak bir yüzü olduğunda, yani C-C bağlarının oluşumunun üçüncü varyantına bir örnektir. iki bitişik köşede kesişir. Molekülün böyle bir stereometrik konumu nedeniyle, karbon atomlarının eksenine göre hareketinin zor olduğu açıktır, çünkü bağlantılardan birinin kırılmasını gerektirir. Öte yandan, maddelerin cis- ve trans-izomerlerinin oluşumu mümkün hale gelir, çünkü her karbondan iki serbest radikal ya yansıtılabilir ya da çaprazlanabilir.
Cis- ve molekülün transpozisyonu fumarik ve maleik'in varlığını açıklıyorasitler. Bu moleküllerdeki karbon atomları arasında iki bağ oluşur ve her birinin bir hidrojen atomu ve bir COOH grubu vardır.
Moleküllerin uzaysal yapısını karakterize eden son durum, ortak bir yüzü olan ve üç köşe ile birbirine bağlanan iki piramit ile temsil edilebilir. Bir örnek asetilen molekülüdür.
İlk olarak, bu tür moleküllerin cis veya trans izomerleri yoktur. İkincisi, karbon atomları kendi eksenleri etrafında dönemezler. Üçüncüsü, tüm atomlar ve radikalleri aynı eksen üzerinde yer alır ve bağ açısı 180 derecedir.
Tabii ki açıklanan durumlar, iskeleti ikiden fazla hidrojen atomu içeren maddelere uygulanabilir. Bu tür moleküllerin stereometrik yapı ilkesi korunur.
İnorganik madde moleküllerinin uzaysal yapısı
İnorganik bileşiklerde kovalent bağların oluşumu, mekanizma olarak organik maddelerinkine benzer. Bir bağ oluşturmak için iki atomda ortak bir elektron bulutu oluşturan paylaşılmamış elektron çiftlerinin olması gerekir.
Bir kovalent bağ oluşumu sırasında orbitallerin üst üste binmesi, atom çekirdeğinin bir satırı boyunca meydana gelir. Bir atom iki veya daha fazla bağ oluşturuyorsa, aralarındaki mesafe bağ açısının değeri ile karakterize edilir.
Bir oksijen atomu ve iki hidrojen atomundan oluşan bir su molekülünü düşünürsek, bağ açısı ideal olarak 90 derece olmalıdır. Yine dedeneysel çalışmalar bu değerin 104,5 derece olduğunu göstermiştir. Moleküllerin uzaysal yapısı, hidrojen atomları arasındaki etkileşim kuvvetlerinin varlığından dolayı teorik olarak tahmin edilenden farklıdır. Birbirlerini iterler, böylece aralarındaki bağ açısı artar.
Sp-hibridizasyon
Hibridizasyon, bir molekülün özdeş hibrit orbitallerinin oluşum teorisidir. Bu fenomen, merkezi atomda farklı enerji seviyelerinde paylaşılmamış elektron çiftlerinin varlığı nedeniyle oluşur.
Örneğin, BeCl2 molekülünde kovalent bağların oluşumunu düşünün. Berilyum s ve p seviyelerinde paylaşılmamış elektron çiftlerine sahiptir, bu da teoride düzensiz köşeli bir molekülün oluşumuna neden olmalıdır. Ancak pratikte doğrusaldırlar ve bağ açısı 180 derecedir.
Sp-hibridizasyonu, iki kovalent bağın oluşumunda kullanılır. Ancak hibrit orbitallerin başka oluşum türleri de vardır.
Sp2 hibridizasyonu
Bu tür hibridizasyon, üç kovalent bağa sahip moleküllerin uzaysal yapısından sorumludur. Bir örnek, BCl3 molekülüdür. Merkezi baryum atomunun üç paylaşılmamış elektron çifti vardır: ikisi p düzeyinde ve biri s düzeyinde.
Üç kovalent bağ, aynı düzlemde bulunan bir molekülü oluşturur ve bağ açısı 120 derecedir.
Sp3 hibridizasyonu
Merkez atomun 4 paylaşılmamış elektron çifti olduğunda, hibrit orbitallerin oluşumu için başka bir seçenek: p seviyesinde 3 ve s seviyesinde 1. Böyle bir maddenin bir örneği metandır. Metan moleküllerinin uzaysal yapısı, değerlik açısı 109.5 derece olan bir tetraerd'dir. Açıdaki değişiklik, hidrojen atomlarının birbirleriyle etkileşimi ile karakterize edilir.
