Tetraedarska molekulska geometrija

Tetraedarska molekulska geometrija podrazumeva centralni atom koji se supstituisan sa četiri supstituenta koji se nalaze u uglovima tetraedra. Uglovi veze su oko 109,5° ukoliko su sva četiri supstituenta ista, kao što je slučaj sa metanom (CH₄)^[1]^[2] kao i sa njegovim težim analozima. Metan i drugi savršeno simetrični tetraedarski molekuli pripadaju tačkovnoj grupi T_d, ali većina tetraedarskih molekula ima nižu simetriju. Tetraedarski molekuli mogu biti hiralni.

Ugao veze

Računanje uglova veze simetričnog tetraedarskog molekula korišćenjem skalarnog proizvoda vektora

Ugao veze za simetrične tetraedarske molekule kao što je CH₄ može se izračunati korišćenjem skalarnog proizvoda dva vektora. Kao što je prikazano na dijagramu, molekul se može upisati u kocku sa četvorovalentnim atomom (npr. ugljenik) u centru kocke koji je početak koordinata, O.

Četiri monovalentna atoma (npr. vodonik) se nalaze u četiri ugla kocke (A, B, C, D) tako da se dva atoma ne nalaze u susednim uglovima, povezani samo jednom ivicom kocke. Ako je dužina ivice kocke izabrana kao 2 jedinice, onda dve veze OA i OB odgovaraju vektorima a = (1, –1, 1) i b = (1, 1, –1), a ugao veze θ je ugao između ova dva vektora. Ovaj ugao se može izračunati iz skalarnog proizvoda dva vektora, definisanog kao a • b = ||a|| ||b|| cosθ gde ||a|| označava dužinu vektora a. Kao što je prikazano na dijagramu, skalarni proizvod je –1, a dužina svakog vektora je √3, pa je cosθ = –1/3, a tetraedarski ugao veze θ = arccos (–1/3) ≃ 109,47°.

Primeri

Tetraedarski molekul metana (CH₄)

Hemija glavnih grupa

Pored gotovo svih zasićenih organskih jedinjenja, većina jedinjenja Si, Ge i Sn su tetraedarska. Često tetraedarski molekuli imaju višestruke veze sa spoljnim ligandima, kao u ksenon tetraoksidu (XeO₄), perhloratnom jonu (ClO₄^-), sulfatnom jonu (SO₄²⁻), fosfatnom jonu (PO₄³⁻). Tiazil trifluorid (SNF₃) je tetraedarski molekul sa trostrukom vezom između atoma sumpora i azota.^[3]

Neki molekuli imaju tetraedarski raspored elektronskih parova oko centralnog atoma. Takav je na primer amonijak (NH₃) sa atomom azota koji je okružen sa tri vodonika i jednim slobodnim elektronskim parom. Međutim, uobičajena klasifikacija uzima u obzir samo vezane atome, a ne slobodne elektrinske parove, pa se amonijak smatra piramidalnim molekulom. Uglovi H–N–H iznose 107°, što je manje od 109,5°. Ova razlika se pripisuje uticaju slobodnog elektronskog para koji ima veći odbojni uticaj od vezanog atoma.

Hemija prelaznih metala

Geometrija je i ovde široko rasprostranjena, posebno za komplekse gde metal ima d⁰ ili d¹⁰ konfiguraciju. Ilustrativni primeri uključuje tetrakis(trifenilfosfin)paladijum(0) (Pd[P(C₆H₅)₃]₄), tetrakarbonilnikl(0) (Ni(CO)₄) i titanijum tetrahlorid (TiCl₄). Mnogi kompleksi sa nepotpuno popunjenim d-ljuskama su često tetraedarski, npr. tetrahalidi gvožđa(II), kobalta(II) i nikla(II).

Geometrija vode

Model vodoničnih veza između molekula vode

Šematski prikaz molekula vode

U gasovitom stanju, jedan molekul vode sadrži atom kiseonika okružen sa dva atoma vodonika i dva slobodna elektronska para, a geometrija H₂O se jednostavno opisuje kao savijena. Slobodni elektronski parovi se pri opisivanju ove geometrije ne uzimaju u obzir. U tečnom (voda) ili čvrstom (led) stanju, slobodni elektronski parovi uspostavljaju vodonične veze sa susednim molekulima vode. Najčešći raspored atoma vodonika oko kiseonika je tetraedarski, obuhvatajući dva atoma vodonika kovalentno vezana za kiseonik i dva vezana vodoničnim vezama. Pošto vodonične veze variraju po dužini, mnogi od ovih molekula vode nisu simetrični i formiraju prolazne nepravilne tetraedre.^[4]

Izvori

^ „Angle Between 2 Legs of a Tetrahedron | Nick Alger // maps, art, etc”. 2018-10-03. Arhivirano iz originala 03. 10. 2018. g. Pristupljeno 2023-07-25.
^ Brittin, W. E. (1945). „"Valence Angle of the Tetrahedral Carbon Atom"”. Journal of Chemical Education. J. Chem. Educ. 22 (3): 145. Bibcode:1945JChEd..22..145B. doi:10.1021/ed022p145.
^ Miessler, G. L.; Tarr, D. A. (2004). Inorganic Chemistry. Pearson/Prentice Hall. ISBN 0-13-035471-6.
^ Mason, P. E.; Brady, J. W. (2007). „""Tetrahedrality" and the Relationship between Collective Structure and Radial Distribution Functions in Liquid Water"”. The Journal of Physical Chemistry B. J. Phys. Chem. B. 111 (20): 5669—5679. PMID 17469865. doi:10.1021/jp068581n.

[1] „Angle Between 2 Legs of a Tetrahedron | Nick Alger // maps, art, etc”. 2018-10-03. Arhivirano iz originala 03. 10. 2018. g. Pristupljeno 2023-07-25.

[2] Brittin, W. E. (1945). „"Valence Angle of the Tetrahedral Carbon Atom"”. Journal of Chemical Education. J. Chem. Educ. 22 (3): 145. Bibcode:1945JChEd..22..145B. doi:10.1021/ed022p145.

[3] Miessler, G. L.; Tarr, D. A. (2004). Inorganic Chemistry. Pearson/Prentice Hall. ISBN 0-13-035471-6.

[4] Mason, P. E.; Brady, J. W. (2007). „""Tetrahedrality" and the Relationship between Collective Structure and Radial Distribution Functions in Liquid Water"”. The Journal of Physical Chemistry B. J. Phys. Chem. B. 111 (20): 5669—5679. PMID 17469865. doi:10.1021/jp068581n.

[1]

[2]

[3]

[4]