ruimtelijke structuur van moleculen

molecuulorbitalen

Een molecuulorbitaal wordt gevormd wanneer twee naburige atoomorbitalen in elkaar dringen. De atoomorbitalen overlappen en vervormen tot een nieuwe ruimte die toebehoort aan de twee atomen. Een molecuulorbitaal is een ruimte waar de kans het grootst is het gemeenschappelijk elektronenpaar aan te treffen.

sigma-binding

Een sigma-binding (σ-binding) ontstaat door de overlapping van twee atoomorbitalen op de as die door de twee kernen gaat. Dit is een frontale of coaxiale overlapping.

• sterk bindend molecuulorbitaal

• vrije draaiing van de atomen rond de internucleaire as

pi-binding

Een pi-binding (π-binding) ontstaat wanneer twee atomen een dubbele of drievoudige binding aangaan. De atomen gaan naast één σ-binding supplementair één of twee π-bindingen aan. De overlapping van twee evenwijdige p-atoomorbitalen gebeurt in een gebied buiten de as die door de twee atoomben gaat: dit is een zijdelingse of parallelle overlapping.

• minder sterk bindend molecuulorbitaal

• geen vrije draaiing van de atomen rond de internucleaire as

hybridisatie

Bij hybridisatie ontstaan identieke hybride-orbitalen door samenstelling van twee of meer atoomorbitalen van verschillende aard. De gevormde hybride-orbitalen zijn gelijkwaardig in vorm en energie-inhoud.

sp3

. Een s-orbitaal en drie p-orbitalen van het koolstofatoom vormen vier gelijkwaardige sp³-hybride-orbitalen. De vier hybride-orbitalen gaan ver mogelijk uit elkaar liggen en schikken zich volgens een tetraëder met hoeken van ± 109,5°.

sp2

De twee C-H-bindingen en de C-C-binding liggen in één vlak en zijn gericht naar de hoekpunten van een driehoek. Hierdoor ontstaat een trigonaal planaire structuur met bindingshoeken van 120°.

sp

De C–H-binding en de C–C-binding liggen in één vlak zo ver mogelijk uit elkaar. Hierdoor ontstaat een lineaire structuur met bindingshoeken van 180°.

VSEPR staat voor

valentieschil-elektronenpaar-repulsie

Sterisch getal

Het sterisch getal (SG) van een atoom is de som van:

• het aantal gebonden atomen of bindingspartners en

• het aantal vrije elektronenparen van dat atoom

S₄(G) = 4 + 0 = 4

Een methaanmolecule heeft de structuur van een tetraëder met bindingshoeken van 109,5°.

S₄(G) = 3 + 1 = 4

De structuur van een ammoniakmolecule zal hierdoor een trigonale piramide zijn en geen tetraëder.

met bindingshoeken van 107

S₄(G) = 2 + 2 = 4

met bindingshoeken van 105

De structuur van een watermolecule zal hierdoor geknikt zijn.

1 + 3 = 4

De structuur van een waterstofchloridemolecule zal hierdoor lineair zijn.

sterische hinder

Bij sterische hinder stoten de vrije elektronenparen meer af, waardoor ze extra ruimte innemen. Hierdoor verkleinen de bindingshoeken. Bij ammoniak verkleint de hoek tot 107°, bij water tot 104,5°.

S(G) = 3 + 0 = 3

e structuur van een zwaveltrioxidemolecule is trigonaal planair met bindingshoeken van 120°.

2 + 1 = 3

De structuur van een zwaveldioxidemolecule zal hierdoor geknikt zijn en niet trigonaal planair.

S(G) = 1 + 2 = 3

De structuur van een zuurstofmolecule zal hierdoor lineair zijn.

S(G) = 2 + 0 = 2

e structuur van een koolstofdioxidemolecule is lineair met een bindingshoek van 180°.

S(G)(C) = 1 + 1 = 2

De structuur van het cyanide-ion is lineair.