四面體形分子構型
| 四面體形分子構型 | |
|---|---|
 | |
| 舉例 | CH4 |
| 點群 | Td |
| 空間位數 | 4 |
| 配位數 | 4 |
| 鍵角 | 109.5° |
| 極性（μ） | 可能為0 |
四面體形分子構型是指一分子中的中心原子和四個原子鍵結，四個原子形成四面體4個頂點的分子構型。若和中心原子鍵結的4個原子都是同一種原子（例如甲烷CH4），則其鍵角為cos−1(−1/3) ≈ 109.5°[1]。週期表中有許多元素的化合物都是四面體形分子構型，理想分子有Td的對稱點群，但大部份四面體形構型分子的對稱性較低。四面體分子可能會具有手性。
舉例
[編輯]主族元素化合物
[編輯]四面體形構型的化合物包括所有飽和的有機化合物，大部份矽、鍺、錫的化合物也是四面體形構型。像四氧化氙（XeO4）、過氯酸離子（ClO4−）、硫酸根離子（SO42−）、磷酸根離子（PO43−）。三氟化硫氮SNF3也是四面體形構型，其中包括一個硫和氮組成的三鍵[2]。
過渡金屬化合物
[編輯]過渡金屬化合物中也有許多是四面體形構型，特別是中心金屬組態為d0或d10的金屬錯合物。例如像四(三苯基膦)鈀、四羰基鎳和四氯化鈦。許多d軌域電子半滿的金屬錯合物也是四面體形構型，例如像鐵（II）、鈷（II）及鎳（II）的四鹵化物。
水的結構
[編輯]液態水分子最常見的結構即為四面體形構型，氧原子和二個氫原子形成共價鍵．再用和其他水分子中的二個氫原子形成氫鍵。由於氫鍵的長度不固定，這類的水分子多半沒有對稱性，會和鄰近的四個氫原子形成暫時性的不規則四面體[3]。
例外和變形
[編輯]四面體形構型的反轉常出現在有機化合物及主族元素化合物中。瓦爾登翻轉是指手性中心碳原子發生的構型轉換。若將氨也視為四面體形構型（考慮其孤對電子），氨的氮反轉中也有出現平面三角形分子構型的過渡態。
反轉的四面體構型
[編輯]分子的幾何限制會使得理想的四面體構型有明顯的變形。有些化合物中有「反轉碳」（inverted carbon），其碳原子是四方錐形分子構型[4]。
有機化合物中有反轉碳構型的包括有螺槳烷，其中最簡單的是[1.1.1]螺槳烷，及嘧啶[5][6]，這類分子有較高的角張力能，因此活性較強。
平面化
[編輯]若碳的四面體構型中，其中二個鍵的鍵角被拉大，甚至到四個鍵變成同一個平面的情形，這類的有機化合物稱為窗烷。
相關條目
[編輯]參考資料
[編輯]- ^ Angle Between 2 Legs of a Tetrahedron. Maze5.net. [2013-03-29]. （原始內容存檔於2018-10-03）.
- ^ G. L. Miessler and D. A. Tarr. Inorganic Chemistry 3rd. Pearson/Prentice Hall. ISBN 0-13-035471-6.
- ^ P. E. Mason and J. W. Brady. "Tetrahedrality" and the Relationship between Collective Structure and Radial Distribution Functions in Liquid Water. J. Phys. Chem. B. 2007, 111 (20): 5669–5679. doi:10.1021/jp068581n.
- ^ Wiberg, Kenneth B. Inverted geometries at carbon. Acc. Chem. Res. 1984, 17 (11): 379–386. doi:10.1021/ar00107a001.
- ^ Joseph P. Kenny, Karl M. Krueger, Jonathan C. Rienstra-Kiracofe, and Henry F. Schaefer III. C5H4: Pyramidane and Its Low-Lying Isomers. J. Phys. Chem. A. 2001, 105 (32): 7745–7750. doi:10.1021/jp011642r.
- ^ Lewars E. Pyramidane: an ab initio study of the C5H4 potential energy surface. Journal of Molecular Structure: THEOCHEM. 1998, 423 (3): 173–188. doi:10.1016/S0166-1280(97)00118-8.
外部連結
[編輯]- Examples of Tetrahedral molecules
- Animated Tetrahedral Visual（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- Elmhurst College
- Point group Symmetries
- 3D Chem（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - Chemistry, Structures, and 3D Molecules
- IUMSC - Indiana University Molecular Structure Center]
- Molecular Modeling
