Struktur spasial molekul zat anorganik dan organik sangat penting dalam menggambarkan sifat kimia dan fisiknya. Jika kita menganggap suatu zat sebagai kumpulan huruf dan angka di atas kertas, tidak selalu mungkin untuk sampai pada kesimpulan yang benar. Untuk menggambarkan banyak fenomena, terutama yang berkaitan dengan kimia organik, perlu diketahui struktur stereometrik molekulnya.
Apa itu stereometri
Stereometri adalah cabang ilmu kimia yang menjelaskan sifat-sifat molekul suatu zat berdasarkan strukturnya. Selain itu, representasi spasial molekul memainkan peran penting di sini, karena ini adalah kunci dari banyak fenomena bioorganik.
Stereometry adalah seperangkat aturan dasar dimana hampir semua molekul dapat direpresentasikan dalam bentuk volumetrik. Kerugian dari rumus kasar yang ditulis pada selembar kertas biasa adalah ketidakmampuannya untuk mengungkapkan daftar lengkap sifat-sifat zat yang diteliti.
Contohnya adalah asam fumarat, yang termasuk dalam kelas dibasic. Ini kurang larut dalam air,beracun dan dapat ditemukan di alam. Namun, jika Anda mengubah susunan spasial gugus COOH, Anda bisa mendapatkan zat yang sama sekali berbeda - asam maleat. Ini sangat larut dalam air, hanya dapat diperoleh secara artifisial, dan berbahaya bagi manusia karena sifat racunnya.
Teori stereokimia Vant Hoff
Pada abad ke-19, gagasan M. Butlerov tentang struktur datar molekul tidak dapat menjelaskan banyak sifat zat, terutama organik. Ini adalah dorongan bagi van't Hoff untuk menulis karya "Chemistry in Space", di mana ia melengkapi teori M. Butlerov dengan penelitiannya di bidang ini. Dia memperkenalkan konsep struktur spasial molekul, dan juga menjelaskan pentingnya penemuannya untuk ilmu kimia.
Dengan demikian, keberadaan tiga jenis asam laktat terbukti: daging-laktat, dekstrorotatori dan asam laktat fermentasi. Pada selembar kertas untuk masing-masing zat ini, rumus strukturnya akan sama, tetapi struktur spasial molekul menjelaskan fenomena ini.
Hasil teori stereokimia Van't Hoff adalah bukti bahwa atom karbon tidak datar, karena empat ikatan valensinya menghadap ke simpul tetrahedron imajiner.
Struktur spasial piramida molekul organik
Berdasarkan temuan van't Hoff dan penelitiannya, setiap karbon dalam kerangka bahan organik dapat direpresentasikan sebagai tetrahedron. Begitulah cara kamikita dapat mempertimbangkan 4 kemungkinan kasus pembentukan ikatan C-C dan menjelaskan struktur molekul tersebut.
Kasus pertama adalah ketika molekulnya adalah atom karbon tunggal yang membentuk 4 ikatan dengan proton hidrogen. Struktur spasial molekul metana hampir sepenuhnya mengulangi garis besar tetrahedron, namun sudut ikatan sedikit berubah karena interaksi atom hidrogen.
Pembentukan satu ikatan kimia C-C dapat direpresentasikan sebagai dua piramida, yang saling berhubungan oleh simpul yang sama. Dari konstruksi molekul seperti itu, terlihat bahwa tetrahedra ini dapat berputar di sekitar porosnya dan dengan bebas mengubah posisi. Jika kita mempertimbangkan sistem ini menggunakan contoh molekul etana, karbon dalam kerangka memang dapat berputar. Namun, dari dua posisi karakteristik, preferensi diberikan kepada posisi yang menguntungkan secara energetik, ketika hidrogen dalam proyeksi Newman tidak tumpang tindih.
Struktur spasial molekul etilen adalah contoh varian ketiga dari pembentukan ikatan C-C, ketika dua tetrahedra memiliki satu wajah yang sama, yaitu. berpotongan di dua simpul yang berdekatan. Menjadi jelas bahwa karena posisi stereometrik molekul seperti itu, pergerakan atom karbon relatif terhadap porosnya menjadi sulit, karena membutuhkan pemutusan salah satu tautan. Di sisi lain, pembentukan cis- dan trans-isomer zat menjadi mungkin, karena dua radikal bebas dari setiap karbon dapat dicerminkan atau disilangkan.
Cis- dan transposisi molekul menjelaskan keberadaan fumarat dan maleatasam. Dua ikatan terbentuk antara atom karbon dalam molekul ini, dan masing-masing memiliki satu atom hidrogen dan gugus COOH.
Kasus terakhir, yang mencirikan struktur spasial molekul, dapat diwakili oleh dua piramida yang memiliki satu wajah yang sama dan saling berhubungan oleh tiga simpul. Contohnya adalah molekul asetilen.
Pertama, molekul tersebut tidak memiliki isomer cis atau trans. Kedua, atom karbon tidak dapat berputar di sekitar porosnya. Dan ketiga, semua atom dan radikalnya terletak pada sumbu yang sama, dan sudut ikatannya adalah 180 derajat.
Tentu saja, kasus yang dijelaskan dapat diterapkan pada zat yang kerangkanya mengandung lebih dari dua atom hidrogen. Prinsip konstruksi stereometrik molekul tersebut dipertahankan.
Struktur spasial molekul zat anorganik
Pembentukan ikatan kovalen pada senyawa anorganik memiliki mekanisme yang mirip dengan senyawa organik. Untuk membentuk ikatan, diperlukan pasangan elektron yang tidak terbagi dalam dua atom, yang membentuk awan elektron bersama.
Tumpang tindih orbital selama pembentukan ikatan kovalen terjadi di sepanjang satu garis inti atom. Jika sebuah atom membentuk dua atau lebih ikatan, maka jarak antara keduanya ditandai dengan nilai sudut ikatan.
Jika kita mempertimbangkan molekul air, yang dibentuk oleh satu atom oksigen dan dua atom hidrogen, sudut ikatan idealnya adalah 90 derajat. Namunstudi eksperimental telah menunjukkan bahwa nilai ini adalah 104,5 derajat. Struktur spasial molekul berbeda dari yang diprediksi secara teoritis karena adanya gaya interaksi antara atom hidrogen. Mereka saling tolak, sehingga meningkatkan sudut ikatan di antara mereka.
Sp-hibridisasi
Hibridisasi adalah teori pembentukan orbital hibrida identik dari suatu molekul. Fenomena ini terjadi karena adanya pasangan elektron yang tidak terbagi pada tingkat energi yang berbeda di atom pusat.
Misalnya, perhatikan pembentukan ikatan kovalen dalam molekul BeCl2. Berilium memiliki pasangan elektron yang tidak digunakan bersama pada tingkat s dan p, yang secara teori seharusnya menyebabkan pembentukan molekul sudut yang tidak rata. Namun, dalam praktiknya mereka linier dan sudut ikatannya adalah 180 derajat.
Sp-hibridisasi digunakan dalam pembentukan dua ikatan kovalen. Namun, ada jenis lain dari pembentukan orbital hibrida.
Hibridisasi Sp2
Jenis hibridisasi ini bertanggung jawab atas struktur spasial molekul dengan tiga ikatan kovalen. Contohnya adalah molekul BCl3. Atom barium pusat memiliki tiga pasangan elektron yang tidak digunakan bersama: dua di tingkat-p dan satu di tingkat-s.
Tiga ikatan kovalen membentuk molekul yang terletak pada bidang yang sama, dan sudut ikatannya adalah 120 derajat.
Hibridisasi Sp3
Pilihan lain untuk pembentukan orbital hibrid, ketika atom pusat memiliki 4 pasangan elektron yang tidak digunakan bersama: 3 pada tingkat-p dan 1 pada tingkat-s. Contoh zat tersebut adalah metana. Struktur spasial molekul metana adalah tetraerd, sudut valensinya adalah 109,5 derajat. Perubahan sudut ditandai dengan interaksi atom hidrogen satu sama lain.
