Miért van egy olyan tetraéderes molekulának, mint a metán, a dipólus nyomatéka nulla?
On február 18, 2021 by adminKémiai kötést tanulmányoztam, amikor valami furcsát észleltem.
Azt mondjuk, hogy olyan vegyületek, mint a A $ \ ce {CCl4} $ és a $ \ ce {CH4} $ tetraéderes geometriával rendelkezik (ami egy 3D-s szerkezet), de amikor ezekről beszélünk dipólus pillanatok, azt mondjuk, hogy nincs dipólus pillanatuk. Megadjuk azt az okot, hogy mivel a H atomok egymással szemben vannak (tehát feltételezzük, hogy ez egy 2D szerkezet), törlik a kötési momentumaikat.
De miért? Az elején azt láttuk, hogy 3D-s szerkezetek, amelyek közül az egyik H fent van, a másik pedig 3 az alján, a kötési dipólus nyomatéka mindkét H-ból C felé irányul. Emiatt a 3 lefelé eső H kötési momentumának összetevője az atomok a felső H atom mentén nettó felfelé irányuló kötési momentumot okoznak, amely nem egyenlő nullával.
De természetesen tévedek, mivel ezeket az értékeket tudományosan számolták ki. Tehát valaki tudná felhívni a figyelmét arra, hogy hol tévedek?
Megjegyzések
- Ördög ‘ s az addon kérdés szószólója: Nincs egyetlen metándarabnak is dipólusmomentuma? 😉
- @Karl Az uhoh egy másik kérdésére adott nagyon hasznos válaszod alapján vad tippet teszek: dielektromos relaxációs spektroszkópia? 😉
- @EdV Nos, egyes anyagoknak véges dipólus-momentuma van a terminál (- > nulla frekvencia) rezsimben. A frekvenciafüggő dipólusmomentum másik szava a komplex permittivitás . 😉 A találgatásod meg tudja mondani a választ …
- Valójában nem vagyok 100% -ig biztos abban, hogy a válasz a következőre szól:
a kérdésem ” természetesen nem buta, törli “, vagy ” nyilvánvalóan hülye “. Ha valaki ezt elmagyarázná, akkor ‘ 100pt fejdíjat dobnék a közönség elé.
Válasz
Karsten válasza kiváló, de itt van egy ábra, amely bemutatja az érintett matematikát:
A központi atom (zöld) a kocka közepén, a négy másik atom (lila) váltakozó csúcsokon helyezkedik el, és a geometriának legyen egyértelmű.
Alternatív megoldásként, ha úgy orientálja a molekulát, hogy az egyik perifériás (lila) atom közvetlenül a központi (zöld) atom fölött legyen, akkor a másik három atom mindegyike csak $ 1 – \ theta $ ( $ \ kb 70.52877940 ^ \ circ $ ) távol attól, hogy közvetlenül a központi atom alatt legyen, tehát mindegyik hozzájárul a $ \ cos (1 – \ theta) $ szorzathoz a kötés dipólusához. Ez a kötés dipólus lefelé irányuló összetevője az egyik alsó atom egyikéből.
De $ \ cos (1 – \ theta) = 1/3 $ , tehát ez egyszerűen (bond dipólus) / 3, és három van ezeknek az alacsonyabb atomoknak, így a három lefelé mutató komponens pontosan egyensúlyban tartja az egy felfelé eső komponenst. Olyan boldog vagyok ‘, hogy valaki valójában tudni akarja a matematikát!
Válasz
1. tájolás
Vegye figyelembe a metán alábbi orientációját. A részleges pozitív töltések egyenlően oszlanak meg a központi atom körül. Összehasonlítva a bal és a molekula jobb oldalát, a bal és a jobb felső sarok egymást kioltják, a másik kettő pedig középen helyezkedik el a szénnel. Összehasonlítva a molekula tetejét és a molekula alsó oldalát, a két felső hidrogén helyzet megszűnik a két alsó hidrogén pozícióval. Ha összehasonlítjuk a molekula elülső részét és a hátsó oldalát, akkor az alsó és az alsó hátsó hidrogénhelyzet eltünteti egymást, a másik kettő pedig a papír síkjában helyezkedik el.
Poláris molekula esetén a pozitív a részleges töltéseket el kell választani a negatívaktól egy irányban (a teljes dipólus pillanat mentén, amely egy vektor). Itt a pozitív részleges töltések kívül vannak, a negatív részleges töltések pedig belül.
Ha tetszik a vektorok , akkor azt is mondhatja, hogy két felső kötés dipólus momentum összeadódik egyenesen felfelé, míg a két alsó dipólus momentum egyenesen lefelé mutat. Ha összeadja ezt a kettőt, akkor egy nettó dipólus nulla lesz.
Ha tetszik a szimmetria argumentum , a HCH síkok mentén hat tükrösík van (a bal-jobb és az elülső-hátoldal könnyen látható), ezért nem lehet dipólus. Az érv a következő: Ha dipólusmomentum lenne, példa balról jobbra, és a bal-jobb tükörsíkot alkalmazom, akkor irányokat kell váltania, de a molekula továbbra is ugyanaz. Ezen ellentmondás miatt a dipólus nyomatékának nullának kell lennie ebben az irányban. a molekula három- és kétszeres tengelyéhez.
2. tájolás
Ennek következtében a 3 lefelé haladó H atom kötési momentumának összetevője a felső H atom vonala mentén nettó felfelé irányuló kötési momentumot eredményez, amely nem egyenlő 0-ra.
A felső H atom egyenesen felfelé, míg a Dow A H-atomok szöget zárnak be, a komponens lefelé haladva a kötéshossz 1/3. Tehát ebben a tájolásban ez is törlődik, de nehezebb elhinni.
3. tájolás
Ebben a tájolásban ( a cukorkémia Fisher-vetületeihez használták), szépen láthatja a szimmetriát, akár egyet, akár egyet; egy bal, egy jobb; kettő elöl, kettő hátul.
4. tájolás
Talán a kedvencem: kettő fent, kettő lent, kettő bal, kettő jobb , kettő elöl, kettő hátul – ez szimmetrikus.
Válasz
“Az elején láttuk, hogy [metánmolekulák] olyan 3D-s szerkezetek, amelyekben az egyik H a tetején, a másik a 3 az alján helyezkedik el, a kötési dipólus nyomatéka mindegyik H-től C felé irányul. Emiatt a 3 lefelé eső H atom kötési momentumának összetevője a felső vonal mentén A H atom nettó felfelé irányuló kötési momentumot okoz, amely nem egyenlő nulla értékkel. “
Tehát mi történik, ha a molekulát megfordítjuk úgy, hogy az egyik más H atomok vannak a tetején?
Ne feledje, hogy egy tetraéder szimmetrikus, így a négy sarka bármelyikéből nézve ugyanúgy néz ki. Tehát, ha a tetraéderes metánmolekulának nem nulla dipólusmomentuma lenne az egyik hidrogén felé, akkor szimmetriájával neki is egyenlő dipólmomentummal kell rendelkeznie, amely mindegyik felé mutat. De akkor ez nem “dipólus”, hanem “oktupol” – egy dipólus definíció szerint csak egy irányba mutat.
Megjegyzések
- Szép szimmetria-érvelés! Ezt általánosítani ” bármely olyan molekulára, amelynek centroszimmetriája dipólus mozzanata nulla “, de a bizonyítás nem fért bele ebbe a margóba (@andselisk)
- De vajon tökéletes-e a szimmetria? Mi van, ha apró eltéréseket számolunk el (a forgásokra gondolva)?
Vélemény, hozzászólás?