تعريف الهندسة الجزيئية في الكيمياء

في الكيمياء، الهندسة الجزيئية يصف الشكل ثلاثي الأبعاد لل مركب والموقف النسبي لل النوى الذرية من جزيء. فهم الهندسة الجزيئية للجزيء أمر مهم لأن العلاقة المكانية بين تحدد الذرة تفاعليتها ولونها ونشاطها البيولوجي وحالة المادة والقطبية وغيرها الخصائص.

الوجبات السريعة الرئيسية: الهندسة الجزيئية

يمكن وصف الهندسة الجزيئية وفقًا لزوايا الرابطة التي تشكلت بين رباطين متجاورين. تشمل الأشكال الشائعة للجزيئات البسيطة:

خطي: الجزيئات الخطية لها شكل خط مستقيم. زوايا الرابطة في الجزيء هي 180 درجة. ثاني أكسيد الكربون (CO₂) وأكسيد النيتريك (NO) خطي.

الزاوي: جزيئات الزاوي ، عازمة ، أو على شكل V تحتوي على زوايا الرابطة أقل من 180 درجة. وخير مثال هو الماء (ح₂يا)

مستو ثلاثي الزوايا: تشكل جزيئات مستوية مثلثية شكلًا مثلثيًا تقريبًا في طائرة واحدة. زوايا الرابطة هي 120 درجة. مثال على البورون ثلاثي الفلوريد (BF₃).

رباعي السطوح: شكل رباعي السطوح هو شكل صلب أربعة وجوه. يحدث هذا الشكل عندما تحتوي إحدى الذرات المركزية على أربع روابط. زوايا الرابطة هي 109.47 درجة. مثال على جزيء ذو شكل رباعي السطوح هو الميثان (CH₄).

ثماني السطوح: شكل ثماني السطوح له ثمانية وجوه وزوايا الرابطة من 90 درجة. مثال على جزيء ثماني السطوح هو سادس فلوريد الكبريت (SF₆).

هرم ثلاثي: هذا الشكل الجزيئي يشبه الهرم ذو قاعدة ثلاثية. في حين أن الأشكال الخطية والمثلثية مستوية ، فإن الشكل الهرمي ثلاثي الأبعاد ثلاثي الأبعاد. مثال جزيء هو الأمونيا (NH₃).

من غير العملي عادة تشكيل نماذج ثلاثية الأبعاد للجزيئات ، خاصةً إذا كانت كبيرة ومعقدة. في معظم الأحيان ، يتم تمثيل هندسة الجزيئات في بعدين ، كما هو الحال في الرسم على ورقة أو نموذج دوار على شاشة الكمبيوتر.

بعض التمثيلات الشائعة تشمل:

نموذج خط أو عصا: في هذا النوع من النماذج ، فقط العصي أو خطوط لتمثيل الروابط الكيميائية تم تصوريهم. الألوان من أطراف العصي تشير إلى هوية ذرات، ولكن لا تظهر النوى الذرية الفردية.

نموذج الكرة والعصا: هذا هو النوع الشائع من النموذج الذي تظهر فيه الذرات في شكل كرات أو كرات وتكون الروابط الكيميائية عبارة عن عصي أو خطوط تربط الذرات. في كثير من الأحيان ، يتم تلوين الذرات للإشارة إلى هويتها.

مؤامرة كثافة الإلكترون: هنا ، لا تتم الإشارة إلى الذرات ولا الروابط مباشرة. المؤامرة هي خريطة لاحتمال العثور على الإلكترون. يحدد هذا النوع من التمثيل شكل الجزيء.

الكرتون: تستخدم الرسوم الكاريكاتورية للجزيئات الكبيرة المعقدة التي قد تكون موجودة وحدات فرعية متعددة، مثل البروتينات. توضح هذه الرسومات موقع حلزونات ألفا وأوراق بيتا والحلقات. لا يشار الذرات الفردية والروابط الكيميائية. يصور العمود الفقري للجزيء كشريط.

قد يكون لجزيئين نفس الصيغة الكيميائية ، ولكنهما يعرضان أشكالًا هندسية مختلفة. هذه الجزيئات هي نظائر. قد تشترك الأيزومرات في خواص مشتركة ، لكن من الشائع أن يكون لها نقاط انصهار وغليان مختلفة ، وأنشطة بيولوجية مختلفة ، وحتى ألوان أو روائح مختلفة.

يمكن التنبؤ بالشكل ثلاثي الأبعاد للجزيء استنادًا إلى أنواع الروابط الكيميائية التي يتكون منها مع الذرات المجاورة. تستند التوقعات إلى حد كبير كهرسلبية الاختلافات بين الذرات ولهم الأكسدة.

التحقق التجريبي من التنبؤات يأتي من الحيود والطيف. يمكن استخدام علم البلورات بالأشعة السينية ، والحيود الإلكتروني ، والحيود النيوتروني لتقييم كثافة الإلكترون داخل الجزيء والمسافات بين النواة الذرية. يوفر مطياف رامان والأشعة تحت الحمراء والميكروويف بيانات حول الامتصاص الاهتزازي والدوراني للروابط الكيميائية.

قد تتغير الهندسة الجزيئية للجزيء اعتمادًا على طور المادة ، لأن هذا يؤثر على العلاقة بين الذرات في الجزيئات وعلاقتها بالجزيئات الأخرى. وبالمثل ، قد تختلف الهندسة الجزيئية لجزيء في محلول عن شكله كغاز أو مادة صلبة. من الناحية المثالية ، يتم تقييم الهندسة الجزيئية عندما يكون الجزيء في درجة حرارة منخفضة.

• Chremos ، الكسندروس ؛ دوجلاس ، جاك ف. (2015). "متى يصبح البوليمر المتشعب جسيمًا؟". ج. علم فيز. 143: 111104. دوي:10.1063/1.4931483
• القطن ، واو ألبرت ويلكنسون ، جيفري ؛ موريللو ، كارلوس أ. بوخمان ، مانفريد (1999). كيمياء غير عضوية متقدمة (الطبعة السادسة). نيويورك: وايلي-إينترس ساينس. ISBN 0-471-19957-5.
• مكموري ، جون إ. (1992). الكيمياء العضوية (3rd ed.). بلمونت: وادزورث. ISBN 0-534-16218-5.