Geometrija molekula

Транскрипт

1 Geometrija molekula

2 Oblik molekula predstavlja trodimenzionalni raspored atoma u okviru molekula. Geometrija molekula je veoma važan faktor koji određuje fizička i hemijska svojstva nekog jedinjenja, kao što su tačke topljenja i ključanja, rastvorljivost, gustina, polarnost, reaktivnost, boja, magnetizam, a može se donekle predvideti i njihova biološka aktivnost. Kako bi se identifikovao trodimenzionalni oblik, prvi korak je crtanje Luisove strukture za dati molekul. Luisova struktura sama po sebi ne može da predvidi oblik molekula, ali nam pomaže da identifikujemo broj veza i nevezivnih parova, što nam posle primene VSEPR teorije omogućava identifikaciju geometrije molekula. (VSEPR = valenceshell electron-pair repulsion, tj. Teorija odbijanja parova valentnog nivoa) VSEPR teorija govori o tome da se elektronske grupe vezane za centalni atom međusobno odbijaju, i teže ka tome da budu maksimalno daleko jedne od drugih kako bi njihovo međusobno odbijanje bilo minimalno. Elektronska može biti vezivni elektronski par, nevezivni elektronski par, nespareni elektron, dvostruka ili trostruka veza na centralnom atomu. VSEPR teorija predviđa distribuciju elektrona oko centralnog atoma, ali se mora uzeti u obzir da geometrijski raspored i geometrija molekula nisu uvek iste. Uzevši to u obzir, treba razlikovati geometriju molekula i geometriju.

3 Geometrija Broj Geometrija 2 Linearna 3 Trigonalno-planarna 4 Tetraedar 5 Trigonalno-bipiramidalna 6 Oktaedar 7 Pentagonalno-bipiramidalna 8 Kvadratna-antiprizma 9 Trostrana trigonalna prizma ili jednostrana kvadratna antiprizma

4 Geometrija molekula zavisi ne samo od broja, već konkretno od broja slobodnih parova. U slučaju kada su elektronske grupe sve vezivni elektronski parovi, geometrja molekula i geometrija su iste. Po VSEPR teoriji, centralni atom se obeležava slovom A, vezivni elektronski parovi se obeležavaju sa X, a nevezivni elektronski parovi sa E, pri čemu se broj vezivnih i nevezivnih parova piše u subskriptu iza odgovarajuće oznake. Npr. molekul koji ima dva vezivna elektronska para i dva nevezivna elektronska para bi imao oznaku AX2E2, i primer za takav molekul je voda. U koordinacionoj hemiji se najčešće za centralni atom koristi oznaka M (pošto je u pitanju jon metala), a za vezivne elektronske parove oznaka L (pošto su vezane grupe ligandi).

5 Broj Broj nevezivnih parova VSEPR obeležavanje Geometrija Geometrija molekula 2 0 AX2 Linearna Linearna 3D geometrija 3D geometrija molekula 3 0 AX3 Trigonalnoplanarna Trigonalnoplanarna 3 1 AX2E Trigonalnoplanarna Uglovna (V oblik) 4 0 AX4 Tetraedar (Td) Tetraedar 4 1 AX 3 E Tetraedar Trigonalnopiramidalni

6 Broj Broj nevezivnih parova VSEPR obeležavanje Geometrija Geometrija molekula 4 2 AX 2 E 2 Tetraedar Uglovna (V oblik) 3D geometrija 3D geometrija molekula 5 0 AX5 Trigonalnobipiramidalna Trigonalnobipiramidalna 5 1 AX4E Trigonalnobipiramidalna 5 2 AX3E2 Trigonalnobipiramidalna Nepravilni tetraedar T oblik 5 3 AX 2 E 3 Trigonalnobipiramidalna Linearna

7 Broj Broj nevezivnih parova VSEPR obeležavanje Geometrija Geometrija molekula 6 0 AX6 Oktaedar Oktaedar 3D geometrija 3D geometrija molekula 6 1 AX5E Oktaedar Kvadratnopiramidalna 6 2 AX4E2 Oktaedar Kvadratnoplanarna 7 0 AX7 Pentagonalno - bipiramidalna Pentagonalno - bipiramidalna

8 Broj Broj nevezivnih parova VSEPR obeležavanje Geometrija Geometrija molekula 3D geometrija 3D geometrija molekula 7 1 AX6E Pentagonalno - bipiramidalna Pentagonalno -piramidalna 7 2 AX5E2 Pentagonalno - bipiramidalna Pentagonalno -planarna 8 0 AX8 Kvadratnaantiprizma Kvadratnaantiprizma 9 0 AX9 Trostrana trigonalna prizma Trostrana trigonalna prizma 9 0 AX9 Jednostrana kvadratna antiprizma Jednostrana kvadratna antiprizma

9 Simetrija molekula - simetrijske grupe tačke

10 Simetrija je osobina ponavljanja jednakih delova neke celine prema određenom pravilu. Element simetrije je geometrijska veličina oko koje se može izvesti jedna ili više operacija simetrije. Operacija simetrije je takva transformacija molekula čiji je krajnji efekat dovođenje molekula u položaj koji je ekvivalentan početnom, ali mu nije identičan. Sve operacije simetrije ostavljaju barem jednu tačku molekula nepromenjenu i u njoj se seku svi elementi simetrije. Elementi simetrije su: centar simetrije (i), tačka gde se seku svi elementi simetrije i molekul ga ima ako svaki njegov atom na liniji kroz taj centar ima isti takav atom na istom rastojanju od centra. Identičan je S2 osi.

11 prava osa simetrije (Cn), zamišljena prava oko koje molekul rotira za određeni ugao ϕ, pri čemu svaki atom zauzima položaj ekvivalentan početnom. Oznaka n predstavlja red ose simetrije i n ϕ=360, tj. nakon n rotacija za ugao ϕ se molekul vraća u početni položaj. Ukoliko molekul ima više osa rotacije, onda je osa najvišeg reda glavna osa molekula i ona je normalna na ravan u kojoj leži molekul. neprava osa simetrije (Sn), zamišljena prava oko koje molekul prilikom rotacije za određeni ugao i potom refleksije u ravni normalnoj na osu zadržava prvobitni raspored atoma. ravan simetrije (σ), ravan koja deli molekul na dve polovine koje se odnose kao predmet i lik u ogledalu. Može biti horizontalna (σh), koja je normalna na glavnu osu simetrije, vertikalna (σv), koja sadrži osu simetrije, i dihedralna ravan simetrije (σd), koja polovi dva ugla veze (karakteristična je za kvadratnoplanarne molekule). element identičnosti (I ili E), poseduju ga svi molekuli i dodaje se ostalim elementima da bi operacije simetrije činile matematičku grupu.

12 Osnovne operacije simetrije su: rotacija oko ose simetrije refleksija u ravni inverzija u tački translacija, tj. paralelni pomak (samo kod kristala) Različite kombinacije elemenata simetrije čine različite simetrijske grupe tačke. Određivanje svih mogućih elemenata simetrije omogućava da klasifikujemo molekul u neku od simetrijskih tačke, koja se, kao što joj ime kaže, bazira na simetriji oko jedne tačke u molekulu koja se ili poklapa sa centralnim atomom ili sa geometrijskim centrom molekula.

13 Prilikom određivanja grupe tačke kojoj pripada neki molekul, poštuje se određeni redosled u traženju i identifikaciji elemenata simetrije na osnovu geometrijske strukture molekula. Klasifikacija počinje ispitivanjem da li molekul pripada nekoj od tačke sa najmanje elemenata simetrije, a zatim se postepeno dodaju pojedini elementi dok se ne dođe do sa najvećim brojem elemenata simetrije. Dijagram toka određivanja simetrijske grupe tačke po Cotton-u (tzv. Kotonova šema) se najčešće koristi za svrstavanje molekula u određenu simetrijsku grupu tačke.

14 MOLEKUL Da li pripada nekoj specijalnoj grupi? Da li ima pravu osu simetrije C n? Da li postoji ravan simetrije? C s Da li ima centar simetrije? C 1 C i Da li postoji S 2n kolinearna sa C n i nema drugih elemenata simetrije? Da li postoji n C 2 osa normalnih na C n? Da li postoji σ h normalna na C n osu? Da li je C n osa sadržana n σ v u ravni? C nh S 2n Da li ima centar simetrije? Da li postoji σ h normalna na C n osu? D v D nh Da li je molekul linearan? C v Da li molekul poseduje n σ d ravni? D n D nd Oh, Td, Ih C n C nv

15 Tip molekula: AX 3 Geometrija: Planarni molekul Elementi simetrije: C 2, 2σ v Simetrijske operacije: I, C 2 1, σ v, σ v klasa 1: I klasa 2: C 2 1 klasa 3: σ v, σ v Simetrijska tačke: C 2v Primeri molekula koji pripadaju grupi tačke C2v :

16 Tip molekula: AX 4 E 2 Geometrija: Kvadratno-planarna Elementi simetrije: C 4 = C 2 = S 4, S 4, 4C 2, 2σ v, 2σ d, σ h, i Simetrijske operacije: I, C 4 1, C 4 2, C 4 3, C 4 4 = I, C 2 1, 2S 4, 4C 2 1, σ v, σ v, σ d, σ d, σ h, i klasa 1: I klasa 2: C 4 1, C 4 2, C 4 3 klasa 3: C 2 1 klasa 4: 2S 4 klasa 5: 4C 2 1 klasa 6: σ v, σ v klasa 7: σ d, σ d klasa 8: σ h klasa 9: i Simetrijska tačke: D 4h Primer jona koji pripada grupi tačke D4h :

17 Tip molekula: AX 5 Geometrija: Trigonalno-bipiramidalan Elementi simetrije: C 3, 3C 2, 3σ v, σ h, i Simetrijske operacije: I, C 3 1, C 3 2, C 3 3 = I, 3C 2 1, 3σ v, σ h, i klasa 1: I klasa 2:C 3 1, C 3 2 klasa 3: 3C 2 1 klasa 4: 3σ v klasa 5: σ h klasa 6: i Simetrijska tačke: D 3h Primeri molekula koji pripadaju grupi tačke D3h :

18 Tip molekula: AX 3 E Geometrija: Trigonalno piramidalni Elementi simetrije: C 3, 3σ v Simetrijske operacije: I, C 3 1, C 3 2, C 3 3 = I, 3σ v klasa 1: I klasa 2:C 3 1, C 3 2 klasa 3: 3σ v Simetrijska tačke: C 3v

19 Tip molekula: AX 3 Geometrija: Trigonalno planarni Elementi simetrije: C 3, σ h Simetrijske operacije: I, C 3 1, C 3 2, C 3 3 = I, σ h klasa 1: I klasa 2:C 3 1, C 3 2 klasa 3: σ h Simetrijska tačke: C 3h

20