分子构型

✍ dations ◷ 2025-10-06 18:27:06 #分子构型
分子结构,或称分子立体结构、分子形状、分子几何、分子几何构型,建立在光谱学数据之上,用以描述分子中原子的三维排列方式。分子结构在很大程度上影响了化学物质的反应性、极性、相态、颜色、磁性和生物活性。分子结构最好在接近绝对零度的温度下测定,因为随着温度升高,分子转动也增加。量子力学和半实验的分子模拟计算可以得出分子形状,固态分子的结构也可通过X射线晶体学测定。体积较大的分子通常以多个稳定的构象存在,势能面中这些构象之间的能垒较高。分子结构涉及原子在空间中的位置,与键结的化学键种类有关,包括键长、键角以及相邻三个键之间的二面角。由于分子中原子的运动由量子力学决定,因此“运动”这个概念也必须要建立在量子力学基础之上。总体(外部)的量子力学运动——如平移和旋转几乎不改变分子的结构(由旋转导致的科里奥利力和离心扭曲以及由此导致的形状变化在此可以忽略)。内部运动包括振动,隶属于谐波,即原子即使在绝对零度仍会在平衡间振荡。此时所有原子都处于振动基态,具有零点能量,振动模式的波函数也不是一个尖峰,而是有限宽度的指数。随着温度升高,振动模式(自由度)被热激发,用通俗的话讲是分子振动加快,而它们仍然只在分子特定部分振荡。玻尔兹曼分布可以量度温度对分子振动的影响: exp ⁡ ( − Δ E k T ) {displaystyle exp left(-{frac {Delta E}{kT}}right)} ,其中 Δ E {displaystyle Delta E} 是振动模式的激发能, k {displaystyle k} 是玻尔兹曼常数, T {displaystyle T} 是绝对温度。在298K(25 °C)下,典型的玻尔兹曼因子值为:ΔE = 500 cm-1 → 0.089;ΔE = 1000 cm-1 → 0.008;ΔE = 1500 cm-1 → 7 * 10-4。即,如果激发能为500 cm-1,那么大约9%的分子在室温时会处于热激发态。对水分子而言,其弯曲模式具有最低的激发能,大约为1600 cm-1,因此室温下水分子中振动速度比绝对零度时快的分子占不到0.07%。虽然转动很难影响分子结构,但作为一个量子力学运动,相对振动而言它在低温下热激发程度较高。从经典力学角度来看即是,更多分子在高温下转动更快(它们具有更大的角速度和角动量);而从量子力学角度看则是,随温度升高,更多角动量较大的本征态开始聚集。典型的转动激发能数量级在几cm-1。由于涉及转动态,很多光谱学的实验数据都被扩大了。而转动运动随温度升高而变得激烈,因此,低温下的分子结构数据往往更加可靠,而从高温下的光谱很难得出分子结构。根据定义,分子中的原子是由共价键(包括单键、双键、叁键等)或/和离子键连结起来的,因此分子形状可通过键长、键角和二面角这些参数来阐明。键长被定义为任何分子中,两个原子中心间的平均距离;键角是相邻三个原子两条键之间的夹角;而二面角,或称扭转角,则相对于四个相邻原子而言,是前三个原子所形成的平面与剩下一根键之间所成的角度。电子的量子力学性质决定分子结构,因此可通过价键理论近似来理解化学键类型对结构的影响。杂化轨道理论认为,先有原子轨道间的杂化,才有化学键的生成。至于化学键,其中两种最常见的为σ键和π键,而含离域电子的结构可借助分子轨道理论来理解。研究原子和分子中电子的类波行为隶属于量子化学的范畴。具有相同化学式但不同结构的物质被称为异构体,它们常有不同的性质。分子有六种基本形状类型:除了上述的基本类型外,也存在以下的分子结构:

相关

  • 回归分析回归分析(英语:Regression Analysis)是一种统计学上分析数据的方法,目的在于了解两个或多个变量间是否相关、相关方向与强度,并建立数学模型以便观察特定变量来预测研究者感兴趣
  • 血红蛋白浓度血红蛋白浓度,又名血红蛋白含量(,简写Hb),指每升全血中红细胞的血红蛋白的含量,单位为g/L。血红蛋白为血液携带氧气的运载工具,故此值可用于衡量贫血的程度。因年龄和性别而异:见
  • GPnotebook家庭医生笔记(英语:GPnotebook)是英国为家庭医生(GP)所建的医学数据库。它是一本线上医学百科全书,提供全球临床医师立即的参考资源。家庭医生笔记数据库内建有超过三万篇资料页面
  • 中缀中缀(infix),又称接中辞,是一种置入在一组词干(现有字词)中央的词缀。它对比于“外缀”(adfix),那连接到词干外围的词缀,比如前缀或后缀等词缀。当标记文字置于行间注记(interlinear gl
  • 尼比鲁碰撞尼比鲁碰撞,是一个假设的末世论灾难,因地球和一个大型假想的行星尼比鲁发生碰撞或摩擦而产生,部分组织相信灾难会发生于21世纪初,此说法与2012年玛雅预言、太阳风暴、地球磁极反
  • 高频高频(英语:High frequency)是指频带由3MHz到30MHz的无线电波。比HF频率略低的是中频(MF),比HF频率略高的是甚高頻(VHF)。HF多数是用作民用电台广播及短波广播。其对于电子仪器所发出
  • 地质地质学(法语、德语:Geologie;英语:Geology;拉丁语、西班牙语:Geologia;源于希腊语 γῆ 和 λoγία)是对地球的起源探讨压力与时间、历史和结构进行研究的学科。主要研究地球的物
  • 普罗迪罗马诺·普罗迪(意大利语:Romano Prodi,1939年8月9日-),意大利政治家,曾经两度出任意大利总理,曾经担任欧盟委员会主席。普罗迪从政前曾经在博洛尼亚大学担任教授多年。2011年11月16
  • 奥尔良奥尔良(法语:Orléans)是位于法国中部的城市,为中央-卢瓦尔山谷大区首府和卢瓦雷省省会。奥尔良地区地势平坦,海拔在90—124米之间,市内绝大多数地方起伏不超过10米。法国第一大河
  • 黑店狂想曲《肉食店》(法语:Delicatessen)由马克·卡罗及尚-皮尔·桑里导演,是1991年法国黑色喜剧电影。故事背景设定在第二次世界大战后,经济萧条、物资困顿年代,影片讲述城市边区的一家肉