Geometri molekul adalah penataan atom yang menyusun molekul secara tiga dimensi. Geometri molekul menentukan beberapa sifat zat termasuk reaktivitas, polaritas, wujud zat, warna, magnetisme dan aktivitas biologisnya.[1][2][3] Sudut antara ikatan yang membentuk atom hanya bergantung lemah pada molekul tersebut, yaitu, mereka dapat dipahami sebagai sifat lokal dan karenanya dapat dipindahtangankan.
Penentuan
Geometri molekuler dapat ditentukan dengan berbagai metode spektroskopi dan metode difraksi. Spektroskopi inframerah, spektroskopi rotasi dan spektroskopi Raman dapat memberi informasi mengenai geometri molekul dari detail absorbansi, vibrasi dan rotasi yang terdeteksi oleh teknik ini. Kristalografi sinar-X, difraksi neutron dan difraksi elektron dapat memberikan struktur molekul untuk padatan kristal berdasarkan jarak antara inti atom dan konsentrasi kerapatan elektron. Metode difraksi elektron gas dapat digunakan untuk molekul kecil dalam fase gas. Metode NMR dan FRET dapat digunakan untuk menentukan informasi pelengkap termasuk jarak relatif,[4][5][6]
sudut dihedral,[7][8]
sudut, dan konektivitas. Geometri molekul paling baik ditentukan pada suhu rendah karena pada suhu yang lebih tinggi, struktur molekul dirata-ratakan dengan geometri yang lebih mudah diakses. Molekul yang lebih besar sering ada dalam beberapa geometri stabil (isomerisme konformasi) yang mendekati energi pada permukaan energi potensial. Geometri juga dapat dihitung dengan metode kimia kuantumab initio dengan akurasi tinggi. Geometri molekuler bisa berbeda seperti padatan, dalam larutan, dan sebagai gas.
Posisi masing-masing atom ditentukan oleh sifat ikatan kimia yang dengannya terhubung ke atom tetangganya. Geometri molekul dapat digambarkan oleh posisi atom-atom ini dalam ruang, yang meningkatkan panjang ikatan dari dua atom yang bergabung, sudut ikatan dari tiga atom yang terhubung, dan sudut torsi (sudut dihedral) dari tiga ikatan tersebut.
Isomer adalah jenis molekul yang memiliki rumus kimia tetapi memiliki geometri yang berbeda, menghasilkan sifat yang sangat berbeda:
Suatu zat murni terdiri dari hanya satu jenis isomer dari molekul (semuanya memiliki struktur geometris yang sama).
Isomer struktural memiliki rumus kimia yang sama namun pengaturan fisiknya berbeda, sering membentuk geometri molekul alternatif dengan sifat yang sangat berbeda. Atom tidak terikat (terhubung) bersamaan dalam urutan yang sama.
Isomer fungsional adalah jenis khusus isomer struktural, di mana beberapa kelompok atom menunjukkan jenis perilaku khusus, seperti eter atau alkohol.
Stereoisomer mungkin memiliki banyak sifat fisikokimia serupa (titik leleh, titik didih) dan pada saat yang sama aktivitas biokimia yang sangat berbeda. Ini karena mereka menunjukkan kiralitas yang biasa ditemukan dalam sistem kehidupan. Salah satu manifestasi dari kiralitas ini adalah bahwa mereka memiliki kemampuan untuk memutar cahaya terpolarisasi ke arah yang berbeda.
Pelipatan protein menyangkut geometri kompleks dan isomer yang berbeda yang dapat dimiliki protein.
Sudut ikatan adalah sudut geometris antara dua ikatan yang berdekatan. Beberapa bentuk umum molekul sederhana meliputi:
Linear: Dalam model linear, atom dihubungkan dalam garis lurus. Sudut ikatan ditetapkan pada 180 °. Misalnya, karbon dioksida dan nitrat oksida memiliki bentuk molekul linear.
Trigonal planar: Molekul dengan bentuk planar trigonal agak segitiga dan dalam satu bidang. Akibatnya, sudut ikatan ditetapkan pada 120°. Misalnya, boron trifluorida.
Tekuk: Molekul menekuk atau sudutnya memiliki bentuk non linear. Misalnya, air (H2O), yang memiliki sudut sekitar 105°. Molekul air memiliki dua pasang elektron berpasangan dan dua pasangan elektron bebas.
Tetrahedral:Tetra- menunjukkan empat, dan -hedral berhubungan dengan muka padatan, sehingga "tetrahedral" berarti "memiliki empat muka". Bentuk ini ditemukan bila terdapat empat ikatan semua pada satu atom pusat, tanpa pasangan elektron bebas. Sesuai dengan teori VSEPR, sudut ikatan antara ikatan elektron adalah arccos(−1/3) = 109.47°. Sebagai contoh, metana (CH4) adalah molekul tetrahedral.
Oktahedral:Okta- menunjukkan delapan, dan -hedral berhubungan dengan muka padatan, jadi "oktahedral" berarti "memiliki delapan muka". Sudut ikatannya adalah 90 derajat. Contohnya, belerang heksafluorida (SF6) adalah suatu molekul oktahedral.
Trigonal piramidal: Molekul trigonal piramidal memiliki bentuk piramida dengan dasar segitiga. Tidak seperti bentuk planar linier dan trigonal tapi mirip dengan orientasi tetrahedral, bentuk piramida memerlukan tiga dimensi untuk memisahkan elektron sepenuhnya. Di sini, hanya ada tiga pasang elektron berikat, meninggalkan satu pasangan tunggal yang tidak dapat dibagikan. Pasangan lonjakan pasang-pasangan diam mengubah sudut ikatan dari sudut tetrahedral ke nilai yang sedikit lebih rendah.[9] Contohnya, amonia (NH3).
Sudut ikatan pada tabel di bawah ini adalah sudut ideal dari teori teori VSEPR yang sederhana, diikuti oleh sudut sebenarnya untuk contoh yang diberikan di kolom berikut dimana ini berbeda. Untuk banyak kasus, seperti trigonal piramidal dan tekuk (bengkok), sudut sebenarnya untuk contoh berbeda dari sudut ideal, namun semua contoh berbeda dengan jumlah yang berbeda. Misalnya, sudut H2S (92°) berbeda dari sudut tetrahedral H2O (104.48°).
Garis atau batang (tongkat/pasak) – inti atom tidak terwakili, hanya ikatan sebagai batang atau garis. Seperti dalam struktur molekul 2D dari jenis ini, atom tersirat pada setiap simpul.
Plot kerapatan elektron – menunjukkan kepadatan elektron yang ditentukan baik secara kristalografis atau menggunakan mekanika kuantum daripada atom atau ikatan yang berbeda.
Bola-dan-pasak – inti atom diwakili oleh bola dan ikatan sebagai pasak (batang).
Kartun – Representasi yang digunakan untuk protein di mana loop, lembar beta, heliks alfa diwakili secara diagram dan tidak ada atom atau ikatan yang diwakili secara eksplisit hanya tulang punggung protein sebagai pipa halus.
Semakin besar jumlah pasangan tunggal yang terkandung dalam molekul semakin kecil sudut antara atom molekul itu. Teori VSEPR meramalkan bahwa pasangan tunggal menolak satu sama lain, sehingga mendorong atom yang berbeda menjauh darinya.
^Hillisch, A; Lorenz, M; Diekmann, S (2001). "Recent advances in FRET: distance determination in protein–DNA complexes". Current Opinion in Structural Biology. 11 (2): 201–207. doi:10.1016/S0959-440X(00)00190-1. PMID11297928.
^Hoy, AR; Bunker, PR (1979). "A precise solution of the rotation bending Schrödinger equation for a triatomic molecule with application to the water molecule". Journal of Molecular Spectroscopy. 74: 1–8. doi:10.1016/0022-2852(79)90019-5.
