Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Тетраэдрическая молекулярная геометрия
Тетраэдр-3D-шары.png
ПримерыCH 4 , MnO-
4
Группа точекТ д
Координационный номер4
Угол крепления≈109,5 °
μ (полярность)0

В тетраэдрической геометрии молекулы центральный атом расположен в центре с четырьмя заместителями , которые расположены в углах тетраэдра . В валентных углами являются совами -1 (- 1 / 3 ) = +109,4712206 ... ° ≈ 109,5 ° , когда все четыре заместителей являются такими же, как и в метане ( CH
4) [1] [2], а также его более тяжелые аналоги . Метан и другие идеально симметричные тетраэдрические молекулы принадлежат точечной группе T d , но большинство тетраэдрических молекул имеют более низкую симметрию . Тетраэдрические молекулы могут быть хиральными .

Примеры [ править ]

Химия основной группы [ править ]

Тетраэдрическая молекула метана ( CH
4)

Помимо практически всех насыщенных органических соединений, большинство соединений Si, Ge и Sn являются тетраэдрическими. Часто тетраэдрические молекулы имеют множественные связи с внешними лигандами, как, например, в тетроксиде ксенона (XeO 4 ) перхлорат- ион ( ClO-
4), сульфат- ион ( SO2-
4), фосфат- ион ( PO3-
4). Тиазилтрифторид ( ОЯТ
3) является тетраэдрическим с тройной связью сера-азот. [3]

Другие молекулы имеют тетраэдрическое расположение электронных пар вокруг центрального атома; например аммиак ( NH
3) с атомом азота, окруженным тремя атомами водорода и одной неподеленной парой . Однако обычная классификация рассматривает только связанные атомы, а не неподеленную пару, так что аммиак фактически считается пирамидальным . Углы H – N – H составляют 107 °, уменьшенные с 109,5 °. Это различие объясняется влиянием неподеленной пары, которая оказывает большее отталкивающее влияние, чем связанный атом.

Химия переходных металлов [ править ]

Расчет валентных углов симметричной тетраэдрической молекулы с помощью скалярного произведения

И снова эта геометрия широко распространена, особенно для комплексов, в которых металл имеет конфигурацию d 0 или d 10 . Иллюстративные примеры включают тетракис (трифенилфосфин) палладий (0) ( Pd [P (C
6ЧАС
5)
3]
4), карбонил никеля ( Ni (CO)
4) и тетрахлорид титана ( TiCl
4). Многие комплексы с неполностью заполненными d-оболочками часто являются тетраэдрическими, например тетрагалогениды железа (II), кобальта (II) и никеля (II).

Структура воды [ править ]

В газовой фазе одна молекула воды имеет атом кислорода, окруженный двумя атомами водорода и двумя неподеленными парами, а атом H
2Геометрия O просто описывается как изогнутая, без учета несвязанных неподеленных пар.

Однако в жидкой воде или во льду неподеленные пары образуют водородные связи с соседними молекулами воды. Наиболее распространенное расположение атомов водорода вокруг кислорода - тетраэдрическое, с двумя атомами водорода, ковалентно связанными с кислородом, и двумя, присоединенными водородными связями. Поскольку водородные связи различаются по длине, многие из этих молекул воды не симметричны и образуют временные нерегулярные тетраэдры между своими четырьмя связанными атомами водорода. [4]

Битетраэдрические конструкции [ править ]

Многие соединения и комплексы имеют битетраэдрическую структуру. В этом мотиве два тетраэдра имеют общее ребро. Неорганический полимерный дисульфид кремния имеет бесконечную цепочку тетраэдров с общими ребрами.

Битетраэдрическая структура, принятая Al
2Br
6(« трибромид алюминия ») и Ga
2Cl
6(« трихлорид галлия »).

Исключения и искажения [ править ]

Инверсия тетраэдра широко встречается в органической химии и химии основных групп. Так называемая инверсия Вальдена иллюстрирует стереохимические последствия инверсии углерода. Инверсия азота в аммиаке также влечет за собой кратковременное образование плоских NH
3.

Перевернутая четырехгранная геометрия [ править ]

Геометрические ограничения в молекуле могут вызвать серьезное искажение идеализированной тетраэдрической геометрии. В соединениях с «перевернутой» тетраэдрической геометрией у атома углерода все четыре группы, присоединенные к этому углероду, находятся на одной стороне плоскости. [5] Атом углерода находится на вершине квадратной пирамиды или рядом с ней, а остальные четыре группы находятся в углах. [6] [7]

Простейшими примерами органических молекул, демонстрирующих геометрию перевернутого тетраэдра, являются самые маленькие пропелланы , такие как [1.1.1] пропеллан ; или, в более общем смысле , паддланы [8] и пирамидан ([3.3.3.3] фенестран). [6] [7] Такие молекулы обычно напряжены , что приводит к повышенной реакционной способности.

Планаризация [ править ]

Тетраэдр также можно исказить, увеличив угол между двумя связями. В крайнем случае получается сплющивание. Для углерода это явление можно наблюдать в классе соединений, называемых фенестранами . [ необходима цитата ]

Тетраэдрические молекулы без центрального атома [ править ]

Некоторые молекулы имеют тетраэдрическую геометрию без центрального атома. Неорганический пример - тетрафосфор ( P
4), который имеет четыре атома фосфора в вершинах тетраэдра, каждый из которых связан с тремя другими. Органический пример - тетраэдран ( C
4ЧАС
4) с четырьмя атомами углерода, каждый из которых связан с одним водородом и тремя другими атомами углерода. В этом случае теоретический валентный угол C-C-C составляет всего 60 ° (на практике угол будет больше из-за изогнутых связей ), что представляет собой большую степень деформации.

См. Также [ править ]

  • Метод AX
  • Орбитальная гибридизация

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Угол между двумя ножками тетраэдра» . Maze5.net .
  2. ^ Бриттин, WE (1945). «Угол валентности тетраэдрического атома углерода». J. Chem. Educ. 22 (3): 145. Bibcode : 1945JChEd..22..145B . DOI : 10.1021 / ed022p145 .
  3. ^ Мисслер, GL; Тарр, Д.А. (2004). Неорганическая химия (3-е изд.). Пирсон / Прентис Холл. ISBN 0-13-035471-6.
  4. ^ Мейсон, ЧП; Брэди, JW (2007). « « Тетраэдрическость »и связь между коллективной структурой и функциями радиального распределения в жидкой воде». J. Phys. Chem. B . 111 (20): 5669–5679. DOI : 10.1021 / jp068581n . PMID 17469865 . 
  5. ^ Виберг, Кеннет Б. (1984). «Перевернутая геометрия на углероде». В соотв. Chem. Res. 17 (11): 379–386. DOI : 10.1021 / ar00107a001 .
  6. ^ а б Джозеф П. Кенни; Карл М. Крюгер; Джонатан К. Риенстра-Киракофе; Генри Ф. Шефер III (2001). «C 5 H 4 : пирамидан и его низколежащие изомеры». J. Phys. Chem. . 105 (32): 7745–7750. Bibcode : 2001JPCA..105.7745K . DOI : 10.1021 / jp011642r .
  7. ^ a b Льюарс, Э. (1998). «Пирамидан: исследование ab initio поверхности потенциальной энергии C 5 H 4 ». Журнал молекулярной структуры: ТЕОХИМА . 423 (3): 173–188. DOI : 10.1016 / S0166-1280 (97) 00118-8 .
  8. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) " Paddlanes ". DOI : 10,1351 / goldbook.P04395

Внешние ссылки [ править ]

  • Примеры тетраэдрических молекул
  • Анимированный тетраэдрический визуал
  • Элмхерст Колледж
  • Интерактивные молекулярные примеры для точечных групп
  • 3D Chem - химия, структуры и трехмерные молекулы
  • IUMSC - Центр молекулярной структуры Университета Индианы]
  • Сложная ионная геометрия: тетраэдрическая
  • Молекулярное моделирование