ГЕОМЕТРИЯ МОЛЕКУЛ

Под геометрией молекулы понимают пространственное расположение атомов, т. е. длины связей и углы между ними. Экспериментально форма (или геометрия) молекул изучается методами рентгенографического анализа кристаллов и дифракции электронов.

Для обсуждения вопросов пространственного строения молекул важно понимать значение следующих терминов.

Молекула электронейтральная частица, состоящая из двух или более ковалентно связанных атомов.

Карбкатион (карбениевый -трупт ковалентно связанных атомов, содержащая положительно заряженный атом углерода, например

Карбанион — группа ковалентно связанных атомов, содержащая отрицательно заряженный атом углерода, например

Свободный радикал — атом или группа атомов, содержащая неспаренный электрон, например или

Длина связи — среднее расстояние между ядрами ковалентно связанных атомов. Среднее значение используется потому, что атомы непрерывно осциллируют, то сближаясь, то удаляясь друг от друга.

Валентный угол — среднее значение угла между двумя ковалентными связями. Из-за колебаний атомов в молекуле величина угла в каждый данный момент может несколько отличаться от средней.

Для органической химии большое значение имеют три типа расположения атомов вокруг атома углерода:

Все валентные углы в молекуле метана равны 109,5°. Такое расположение атомов называется тетраэдрическим и характерно для всех соединений, в которых имеются атомы углерода, связанные четырьмя простыми связями.

Формальдегид - плоская молекула. Валентные углы в ней составляют по 120°. Такая геометрия свойственна всем молекулам, включающим атом углерода, связанный одной двойной и двумя простыми связями, как, например, в молекуле этилена.

Надо заметить, что величина валентных углов может в разных молекулах незначительно различаться. Эти различия определяются размерами атомов, связанных с атомом углерода. Например, в молекуле дихлорметана валентный угол между связями несколько больше, чем между связями Это объясняется большими размерами атома хлора по сравнению с атомом водорода. Тем не менее, углы близки к стандартной величине 109,5°, и тетраэдрическая конфигурация сохраняется.

Третий тип формы молекул иллюстрируется молекулой ацетилена. Строение ацетилена линейное, а валентные углы составляют по 180°. Такая геометрия характерна для всех атомов углерода, связанных одной тройной и одной простой связью.

В органических соединениях часто встречаются атомы кислорода и азота. В этих случаях валентные углы близки к тетраэдрическим. Ниже показаны неорганические соединения кислорода и азота:

Примерно такая же геометрия сохраняется и в органических соединениях кислорода и азота, независимо от сложности структуры и

размера молекул. Одна из таких молекул и конфигурация атомов в ней показаны ниже:

Формулы, в которых с помощью клиньев, сплошных и пунктирных линий показана пространственная структура молекул, называются стереохимыческими формулами.