Geometrija molekula

• Oblik molekula predstavlja trodimenzionalni raspored atoma u okviru molekula.Geometrija molekula je veoma važan faktor koji određuje fizička i hemijska svojstvanekog 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 zadati molekul. Luisova struktura sama po sebi ne može da predvidi oblik molekula, ali nampomaže da identifikujemo broj veza i nevezivnih elektronskih parova, što nam posleprimene VSEPR teorije omogućava identifikaciju geometrije molekula. (VSEPR = valence-shell electron-pair repulsion, tj. Teorija odbijanja elektronskih parova valentnog nivoa)

• VSEPR teorija govori o tome da se elektronske grupe vezane za centalni atommeđusobno odbijaju, i teže ka tome da budu maksimalno daleko jedne od drugih kako binjihovo međusobno odbijanje bilo minimalno. Elektronska grupa može biti vezivnielektronski par, nevezivni elektronski par, nespareni elektron, dvostruka ili trostruka vezana centralnom atomu.

• VSEPR teorija predviđa distribuciju elektrona oko centralnog atoma, ali se mora uzeti uobzir da geometrijski raspored elektronskih grupa i geometrija molekula nisu uvek iste.

• Uzevši to u obzir, treba razlikovati geometriju molekula i geometriju elektronskih grupa.

Geometrija elektronskih grupa

Broj elektronskih grupa Geometrija elektronskih grupa

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

• Geometrija molekula zavisi ne samo od broja elektronskih grupa, većkonkretno od broja slobodnih elektronskih parova.

• U slučaju kada su elektronske grupe sve vezivni elektronski parovi,geometrja molekula i geometrija elektronskih grupa su iste.

• Po VSEPR teoriji, centralni atom se obeležava slovom A, vezivnielektronski parovi se obeležavaju sa X, a nevezivni elektronski parovisa E, pri čemu se broj vezivnih i nevezivnih parova piše u subskriptuiza odgovarajuće oznake.

• Npr. molekul koji ima dva vezivna elektronska para i dva nevezivnaelektronska para bi imao oznaku AX2E2, i primer za takav molekul jevoda.

• U koordinacionoj hemiji se najčešće za centralni atom koristi oznakaM (pošto je u pitanju jon metala), a za vezivne elektronske paroveoznaka L (pošto su vezane grupe ligandi).

Broj elektronskih

grupa

Broj nevezivnih

elektronskih parova

VSEPR obeležavanje

Geometrija elektronskih

grupa

Geometrija molekula

3D geometrija

elektronskih grupa

3D geometrijamolekula

2 0 AX2 Linearna Linearna

3 0 AX3 Trigonalno-planarna

Trigonalno-planarna

3 1 AX2E Trigonalno-planarna

Uglovna (V oblik)

4 0 AX4 Tetraedar (Td) Tetraedar

4 1 AX3E Tetraedar Trigonalno-piramidalni

Broj elektronskih

grupa

Broj nevezivnih

elektronskih parova

VSEPR obeležavanje

Geometrija elektronskih

grupa

Geometrija molekula

3D geometrija

elektronskih grupa

3D geometrijamolekula

4 2 AX2E2 Tetraedar Uglovna (Voblik)

5 0 AX5 Trigonalno-bipiramidalna

Trigonalno-bipiramidalna

5 1 AX4E Trigonalno-bipiramidalna

Nepravilni tetraedar

5 2 AX3E2 Trigonalno-bipiramidalna

T oblik

5 3 AX2E3 Trigonalno-bipiramidalna

Linearna

Broj elektronskih

grupa

Broj nevezivnih

elektronskih parova

VSEPR obeležavanje

Geometrija elektronskih

grupa

Geometrija molekula

3D geometrija

elektronskih grupa

3D geometrijamolekula

6 0 AX6 Oktaedar Oktaedar

6 1 AX5E Oktaedar Kvadratno-piramidalna

6 2 AX4E2 Oktaedar Kvadratno-planarna

7 0 AX7 Pentagonalno-

bipiramidalna

Pentagonalno-

bipiramidalna

Broj elektronskih

grupa

Broj nevezivnih

elektronskih parova

VSEPR obeležavanje

Geometrija elektronskih

grupa

Geometrija molekula

3D geometrija

elektronskih grupa

3D geometrijamolekula

7 1 AX6E Pentagonalno-

bipiramidalna

Pentagonalno-piramidalna

7 2 AX5E2 Pentagonalno-

bipiramidalna

Pentagonalno-planarna

8 0 AX8 Kvadratna-antiprizma

Kvadratna-antiprizma

9 0 AX9 Trostranatrigonalna

prizma

Trostranatrigonalna

prizma

9 0 AX9 Jednostranakvadratnaantiprizma

Jednostranakvadratnaantiprizma

Simetrija molekula-

simetrijske grupe tačke

• Simetrija je osobina ponavljanja jednakih delova neke celine premaodređenom pravilu.

• Element simetrije je geometrijska veličina oko koje se može izvestijedna ili više operacija simetrije.

• Operacija simetrije je takva transformacija molekula čiji je krajnjiefekat dovođenje molekula u položaj koji je ekvivalentan početnom,ali mu nije identičan. Sve operacije simetrije ostavljaju barem jednutačku 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 istomrastojanju od centra. Identičan je S2 osi.

• prava osa simetrije (Cn), zamišljena prava oko koje molekul rotira za određeniugao ϕ, pri čemu svaki atom zauzima položaj ekvivalentan početnom. Oznakan predstavlja red ose simetrije i n·ϕ=360°, tj. nakon n rotacija za ugao ϕ semolekul vraća u početni položaj. Ukoliko molekul ima više osa rotacije, onda jeosa najvišeg reda glavna osa molekula i ona je normalna na ravan u kojoj ležimolekul.

• neprava osa simetrije (Sn), zamišljena prava oko koje molekul prilikom rotacijeza određeni ugao i potom refleksije u ravni normalnoj na osu zadržavaprvobitni raspored atoma.

• ravan simetrije (σ), ravan koja deli molekul na dve polovine koje se odnosekao predmet i lik u ogledalu. Može biti horizontalna (σh), koja je normalna naglavnu osu simetrije, vertikalna (σv), koja sadrži osu simetrije, i dihedralnaravan simetrije (σd), koja polovi dva ugla veze (karakteristična je za kvadratno-planarne molekule).

• element identičnosti (I ili E), poseduju ga svi molekuli i dodaje se ostalimelementima da bi operacije simetrije činile matematičku grupu.

• 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 simetrijskegrupe tačke.

• Određivanje svih mogućih elemenata simetrije omogućava daklasifikujemo molekul u neku od simetrijskih grupa tačke, koja se, kaošto joj ime kaže, bazira na simetriji oko jedne tačke u molekulu koja seili poklapa sa centralnim atomom ili sa geometrijskim centrommolekula.

• Prilikom određivanja grupe tačke kojoj pripada neki molekul, poštujese određeni redosled u traženju i identifikaciji elemenata simetrije naosnovu geometrijske strukture molekula. Klasifikacija počinjeispitivanjem da li molekul pripada nekoj od grupa tačke sa najmanjeelemenata simetrije, a zatim se postepeno dodaju pojedini elementidok se ne dođe do grupa sa najvećim brojem elemenata simetrije.

• Dijagram toka određivanja simetrijske grupe tačke po Cotton-u (tzv.Kotonova šema) se najčešće koristi za svrstavanje molekula uodređenu simetrijsku grupu tačke.

MOLEKUL

Da li pripada nekoj specijalnoj grupi?

DANE

Oh, Td, Ih

Da li je molekul linearan?

NEDA

Da li ima centar simetrije?

DA NE

D∞v C∞v

Da li ima pravu osu simetrije Cn?

DANE

Da li postoji S2n kolinearna sa Cn i nema drugih elemenata simetrije?

DA

S2n

Da li postoji ravan simetrije?

DA

Cs

NE

Da li ima centar simetrije?

NE DA

C1 Ci

Da li postoji n C2 osa normalnih na Cn?

NE

DA

Da li postoji σ h normalna na Cn osu?

DADnh

NE Da li molekul poseduje n σd ravni?

NE DA

Dn Dnd

NE

Da li postoji σ h normalna na Cn osu?

DA

Cnh

NE

Da li je Cn osa sadržana n σv u ravni?

NE DA

Cn Cnv

• Tip molekula: AX3

• Geometrija: Planarni molekul• Elementi simetrije: C2, 2σv

• Simetrijske operacije: I, 𝐶21, σ v ,

σ v’klasa 1: Iklasa 2: 𝐶2

1

klasa 3: σ v , σ v’• Simetrijska grupa tačke: C2v

Primeri molekula koji pripadaju grupi tačke C2v :

• Tip molekula: AX4E2

• Geometrija: Kvadratno-planarna• Elementi simetrije: C4 = C2 = S4, S4, 4C2, 2σv , 2σd , σh , i• Simetrijske operacije: I, 𝐶4

1, 𝐶42, 𝐶4

3, 𝐶44 = I, 𝐶2

1, 2S4, 4𝐶21, σ v , σ v’, σ d , σ

d’ , σ h , i klasa 1: Iklasa 2: 𝐶4

1, 𝐶42, 𝐶4

3

klasa 3: 𝐶21

klasa 4: 2S4

klasa 5: 4𝐶21

klasa 6: σ v , σ v’klasa 7: σ d , σ d’klasa 8: σ h

klasa 9: i• Simetrijska grupa tačke: D4h

Primer jona koji pripada grupi tačke D4h :

• Tip molekula: AX5

• Geometrija: Trigonalno-bipiramidalan• Elementi simetrije: C3, 3C2, 3σv , σh , i• Simetrijske operacije: I, 𝐶3

1, 𝐶32, 𝐶3

3 = I, 3𝐶21, 3σ v , σ h , i

klasa 1: Iklasa 2:𝐶3

1, 𝐶32

klasa 3: 3𝐶21

klasa 4: 3σ v

klasa 5: σ h

klasa 6: i• Simetrijska grupa tačke: D3h

Primeri molekula koji pripadaju grupi tačke D3h :

• Tip molekula: AX3E• Geometrija: Trigonalno piramidalni• Elementi simetrije: C3, 3σv

• Simetrijske operacije: I, 𝐶31, 𝐶3

2, 𝐶33 = 𝐼, 3σ v

klasa 1: Iklasa 2:𝐶3

1, 𝐶32

klasa 3: 3σ v

• Simetrijska grupa tačke: C3v

• Tip molekula: AX3

• Geometrija: Trigonalno planarni• Elementi simetrije: C3, σh

• Simetrijske operacije: I, 𝐶31, 𝐶3

2, 𝐶33 = 𝐼, σ h

klasa 1: Iklasa 2:𝐶3

1, 𝐶32

klasa 3: σ h

• Simetrijska grupa tačke: C3h