在化学中，分子几何描述分子的三维形状和分子原子核的相对位置。理解分子的几何结构很重要，因为原子之间的空间关系决定了其反应性、颜色、生物活性、物质状态、极性和其他性质。

主要收获：分子几何学

• 分子几何是分子中原子和化学键的三维排列。
• 分子的形状影响其化学和物理性质，包括颜色、反应性和生物活性。
• 相邻键之间的键角可以用来描述分子的整体形状。

分子形状

分子几何结构可以根据两个相邻键之间形成的键角来描述。简单分子的常见形状包括：

线性：线性分子具有直线的形状。分子中的键角为180°。二氧化碳（CO2）和一氧化氮（NO）是线性的。

角度：角度、弯曲或v形分子的键角小于180°。水（H2O）就是一个很好的例子。

三角平面：三角平面分子在一个平面内形成大致三角形。键合角为120°。一个例子是三氟化硼（BF3）。

四面体：四面体形状是四面实体形状。当一个中心原子有四个键时，就会出现这种形状。键合角为109.47°。具有四面体形状的分子的一个例子是甲烷（CH4）。

八面体：八面体形状有八个面和90°的结合角。八面体分子的一个例子是六氟化硫（SF6）。

三角锥体：这种分子形状类似于一个三角形基底的金字塔。线性和三角形状是平面的，而三角锥体形状是三维的。一个示例分子是氨（NH3）。

分子几何的表示方法

形成分子的三维模型通常是不切实际的，特别是当它们又大又复杂的时候。大多数情况下，分子的几何结构是以二维表示的，如在一张纸上的图纸或计算机屏幕上的旋转模型上。

一些常见的表述包括：

线或棒模型：在这种类型的模型中，只描绘代表化学键的棒或线。棍子末端的颜色表示原子的身份，但没有显示单个原子核。

球和棒模型：这是一种常见的模型，其中原子显示为球或球体，化学键是连接原子的棒或线。通常，原子被着色以表明其身份。

电子密度图：这里既没有直接显示原子，也没有直接显示键。这张图是找到电子的概率图。这种类型的表示概括了分子的形状。

卡通画：卡通画用于描绘可能有多个亚单位的复杂大分子，如蛋白质。这些图纸显示了alpha螺旋、beta表和环的位置。单个原子和化学键未显示。分子的主链被描绘成一条带状。

异构体

两个分子可能具有相同的化学式，但显示不同的几何形状。这些分子是同分异构体。异构体可能具有共同的性质，但它们的熔点和沸点不同，生物活性不同，甚至颜色或气味也不同。

分子几何是如何确定的？

分子的三维形状可以根据它与邻近原子形成的化学键的类型来预测。预测在很大程度上是基于原子及其氧化状态之间的电负性差异。

预测的经验验证来自衍射和光谱学。X射线结晶学、电子衍射和中子衍射可用于评估分子内的电子密度和原子核之间的距离。拉曼光谱、红外光谱和微波光谱提供了化学键的振动和旋转吸光度数据。

一个分子的分子几何结构可能会因其物质相的不同而变化，因为这会影响分子中原子之间的关系以及它们与其他分子之间的关系。类似地，溶液中分子的分子几何结构可能与其作为气体或固体的形状不同。理想情况下，分子的几何形状是在分子处于低温时进行评估的。

来源

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