Struktura hapësinore e molekulave të substancave inorganike dhe organike ka një rëndësi të madhe në përshkrimin e vetive të tyre kimike dhe fizike. Nëse e konsiderojmë një substancë si një grup shkronjash dhe numrash në letër, nuk është gjithmonë e mundur të arrijmë në përfundimet e duhura. Për të përshkruar shumë dukuri, veçanërisht ato që lidhen me kiminë organike, është e nevojshme të dihet struktura stereometrike e molekulës.
Çfarë është stereometria
Stereometria është një degë e kimisë që shpjegon vetitë e molekulave të një lënde bazuar në strukturën e saj. Për më tepër, përfaqësimi hapësinor i molekulave luan një rol të rëndësishëm këtu, pasi është çelësi i shumë fenomeneve bioorganike.
Stereometria është një grup rregullash bazë me të cilat pothuajse çdo molekulë mund të përfaqësohet në formë vëllimore. Disavantazhi i formulës bruto të shkruar në një copë letre të rregullt është paaftësia e saj për të zbuluar listën e plotë të vetive të substancës në studim.
Një shembull do të ishte acidi fumarik, i cili i përket klasës dybazike. Është pak i tretshëm në ujë,helmuese dhe mund të gjendet në natyrë. Sidoqoftë, nëse ndryshoni rregullimin hapësinor të grupeve COOH, mund të merrni një substancë krejtësisht të ndryshme - acid maleik. Është shumë i tretshëm në ujë, mund të merret vetëm artificialisht dhe është i rrezikshëm për njerëzit për shkak të vetive toksike.
Teoria stereokimike e Vant Hoff
Në shekullin e 19-të, idetë e M. Butlerov për strukturën e sheshtë të çdo molekule nuk mund të shpjegonin shumë veti të substancave, veçanërisht organike. Kjo ishte shtysa që van't Hoff të shkruante veprën "Kimia në hapësirë", në të cilën ai e plotësoi teorinë e M. Butlerov me kërkimet e tij në këtë fushë. Ai prezantoi konceptin e strukturës hapësinore të molekulave dhe shpjegoi gjithashtu rëndësinë e zbulimit të tij për shkencën kimike.
Kështu, u vërtetua ekzistenca e tre llojeve të acidit laktik: acidi laktik mish-laktik, dekstrorotator dhe acidi laktik i fermentuar. Në një copë letër për secilën nga këto substanca, formula strukturore do të jetë e njëjtë, por struktura hapësinore e molekulave shpjegon këtë fenomen.
Rezultati i teorisë stereokimike të Van't Hoff ishte prova e faktit se atomi i karbonit nuk është i sheshtë, sepse katër lidhjet e saj valente përballen me kulmet e një tetraedri imagjinar.
Struktura hapësinore piramidale e molekulave organike
Bazuar në gjetjet e Van't Hoff dhe kërkimit të tij, çdo karbon në skeletin e lëndës organike mund të përfaqësohet si një katërkëndor. Kështu nene mund të shqyrtojmë 4 raste të mundshme të formimit të lidhjeve C-C dhe të shpjegojmë strukturën e molekulave të tilla.
Rasti i parë është kur molekula është një atom i vetëm karboni që formon 4 lidhje me protonet e hidrogjenit. Struktura hapësinore e molekulave të metanit pothuajse plotësisht përsërit skicat e një tetraedri, megjithatë, këndi i lidhjes është ndryshuar pak për shkak të bashkëveprimit të atomeve të hidrogjenit.
Formimi i një lidhjeje kimike C-C mund të përfaqësohet si dy piramida, të cilat janë të ndërlidhura nga një kulm i përbashkët. Nga një ndërtim i tillë i molekulës, mund të shihet se këto tetraedra mund të rrotullohen rreth boshtit të tyre dhe të ndryshojnë lirisht pozicionin. Nëse e konsiderojmë këtë sistem duke përdorur shembullin e një molekule etani, karbonet në skelet janë me të vërtetë në gjendje të rrotullohen. Megjithatë, nga dy pozicionet karakteristike, përparësi i jepet asaj energjetike të favorshme, kur hidrogjenët në projeksionin e Newman nuk mbivendosen.
Struktura hapësinore e molekulës së etilenit është një shembull i variantit të tretë të formimit të lidhjeve C-C, kur dy tetraedra kanë një fytyrë të përbashkët, d.m.th. kryqëzohen në dy kulme ngjitur. Bëhet e qartë se për shkak të një pozicioni të tillë stereometrik të molekulës, lëvizja e atomeve të karbonit në lidhje me boshtin e saj është e vështirë, sepse kërkon prishjen e njërës prej lidhjeve. Nga ana tjetër, formimi i cis- dhe trans-izomerëve të substancave bëhet i mundur, pasi dy radikale të lira nga çdo karbon mund të pasqyrohen ose të kryqëzohen.
Cis- dhe transpozimi i molekulës shpjegon ekzistencën e fumarit dhe maleikacidet. Dy lidhje formohen midis atomeve të karbonit në këto molekula dhe secila prej tyre ka një atom hidrogjeni dhe një grup COOH.
Rasti i fundit, i cili karakterizon strukturën hapësinore të molekulave, mund të përfaqësohet nga dy piramida që kanë një faqe të përbashkët dhe janë të ndërlidhura nga tre kulme. Një shembull është molekula e acetilenit.
Së pari, molekula të tilla nuk kanë izomere cis ose trans. Së dyti, atomet e karbonit nuk janë në gjendje të rrotullohen rreth boshtit të tyre. Dhe së treti, të gjithë atomet dhe radikalët e tyre janë të vendosur në të njëjtin bosht dhe këndi i lidhjes është 180 gradë.
Sigurisht, rastet e përshkruara mund të zbatohen për substancat, skeleti i të cilave përmban më shumë se dy atome hidrogjeni. Parimi i ndërtimit stereometrik të molekulave të tilla është ruajtur.
Struktura hapësinore e molekulave të substancave inorganike
Formimi i lidhjeve kovalente në përbërjet inorganike është i ngjashëm në mekanizëm me atë të substancave organike. Për të formuar një lidhje, është e nevojshme të kemi çifte elektronike të pandarë në dy atome, të cilat formojnë një re të përbashkët elektronike.
Mbivendosja e orbitaleve gjatë formimit të një lidhje kovalente ndodh përgjatë një linje të bërthamave atomike. Nëse një atom formon dy ose më shumë lidhje, atëherë distanca ndërmjet tyre karakterizohet nga vlera e këndit të lidhjes.
Nëse marrim parasysh një molekulë uji, e cila formohet nga një atom oksigjeni dhe dy atome hidrogjeni, këndi i lidhjes idealisht duhet të jetë 90 gradë. MegjithatëStudimet eksperimentale kanë treguar se kjo vlerë është 104.5 gradë. Struktura hapësinore e molekulave ndryshon nga ajo e parashikuar teorikisht për shkak të pranisë së forcave të ndërveprimit midis atomeve të hidrogjenit. Ata zmbrapsin njëri-tjetrin, duke rritur kështu këndin e lidhjes ndërmjet tyre.
Sp-hibridizimi
Hibridizimi është teoria e formimit të orbitaleve hibride identike të një molekule. Ky fenomen ndodh për shkak të pranisë së çifteve elektronike të pandarë në nivele të ndryshme energjetike në atomin qendror.
Për shembull, merrni parasysh formimin e lidhjeve kovalente në molekulën BeCl2. Beriliumi ka çifte elektronesh të pandara në nivelet s dhe p, të cilat në teori duhet të shkaktojnë formimin e një molekule qoshe të pabarabartë. Megjithatë, në praktikë ato janë lineare dhe këndi i lidhjes është 180 gradë.
Sp-hibridizimi përdoret në formimin e dy lidhjeve kovalente. Megjithatë, ka lloje të tjera të formimit të orbitaleve hibride.
Hibridizimi Sp2
Ky lloj hibridizimi është përgjegjës për strukturën hapësinore të molekulave me tre lidhje kovalente. Një shembull është molekula BCl3. Atomi qendror i bariumit ka tre çifte elektronike të pandarë: dy në nivelin p dhe një në nivelin s.
Tre lidhje kovalente formojnë një molekulë që ndodhet në të njëjtin rrafsh dhe këndi i lidhjes së saj është 120 gradë.
Hibridizimi Sp3
Një tjetër opsion për formimin e orbitaleve hibride, kur atomi qendror ka 4 çifte elektronesh të pandarë: 3 në nivelin p dhe 1 në nivelin s. Një shembull i një substance të tillë është metani. Struktura hapësinore e molekulave të metanit është një tetraerd, këndi i valencës në të cilin është 109,5 gradë. Ndryshimi i këndit karakterizohet nga bashkëveprimi i atomeve të hidrogjenit me njëri-tjetrin.
