Vegyületeknél hogy határozzák meg a "kinézetet"?

Rotációs spektroszkópiával. Általában mikrohullámokat használnak erre, amik a molekulák forgási spektrumát gerjesztik. A molekulák forgási energiaátmeneteiből számolható a molekula geometria.

Bonyolultabb molekulák esetén egy forgási spektrum nem elég. Ilyenkor izotóp helyettesítéses molekulák forgási spektrumát is használják, így tudják meghatározni a kötésszögeket és kötéstávolságokat:

[link]

Egyébként ma már lehet számítani is számításos kémiai módszerekkel. Ami a szokásos, elméleti számításokra jellemző előnyökkel és hátrányokkal jár...

Röntgen (X-Ray) krisztallográfia, elektron diffraktometria, mikrohullámú spektroszkópia

[link]

Kedves kérdező, semmi probléma, én - mint valamennyire kémiában jártasabb személy - örülök az érdeklődésnek. (Új válaszadó vagyok, én szoktam könyveket írni ilyen posztok alá.)

Molekulák szerkezetével a kémia, azon belül az ún. szerkezetkutatás (árulkodó név) foglalkozik, ami egy külön ága.

Első válaszadó talán a manapság legkevésbé használatos módszert írta le. Több baj is van az MW-spektroval (pl nem lehet normálisan monokromatizálni: nehezen vezethető), így egyre kevésbé használatos.

Az egyik - olcsóságából adódóan - legelterjedtebb módszer az IR (mind a FIR: Far InfraRed, mind a NIR: Near InfraRed a közelség a látható fényhez értendő frekvenciában). Itt különböző molekulamozgásokat lehet megfigyelni (pl a kötést alkotó két atom távolodó-közeledő rezgése, vagy benzolszármazékoknál "légzést"). Ennek is vannak bajai, de talán jobban kiküszöbölhető, különösen a lézerek használata óta.

Összetett molekulákra "ősrégi" eljárás a röntgen-krisztallográfia (XRS), ami nem teljesen illik ide, mert az inkább molekularácsokat vizsgál, de fehérjékre ma is validálási módszer (értsd: ezzel ellenőrzik az új módszerek helyességét).

Lehet vizsgálni VIS/UV fénnyel is, de ez sem elterjedt, mert kevés molekula terjeszthető így. Előanalitikai módszernek tökéletes, megvannak a maga bajai.

Itt jön a spektroszkópiák istene: az NMR (nuclear magnetic resonance). A dolgok mai állása szerint az NMR a jelen és jövő zenéje. A módszer egyik legnagyobb hátulütője talán az ára. Ha jól emlékszem 2019 nyarán dobta piacra a Bruckner az új (valóban nagy dolog következik) 1G NMR-t 3 milliárd forint kezdőáron. Ekkora összeget sok intézmény nem tud kifizetni, természetesen az olcsóbb változatokat sem a falusi piacon árulják. Rengeteg baj van vele: az adatok felhasználása nehézkes (Windows XP szoftver), folyamatosan diffundál a deutérium, ha véletlenül nincs sűrített levegő és a minta belekerül a "forgódobba" 40 000-ért jönnek(!) csak tisztítani, mágneses eszközöket nem lehet a közelében tárolni, speciális lombikok kellenek (amiket lehet közel hangsebességgel forgatni), csak NMR-aktív magokra jó (a legtöbb elemmel nem lehet), stb. Mindezek ellenére a javuló gyakorlati megoldások és fejlődő technika miatt (több utas, több dimenziós, COSY, stb) egyre pontosabb képet ad, különösen szerves molekulák esetén és bizonyos korlátok között (ami főleg az aktív magokat=atomokat jelenti) abszolút módszer (értsd: mindent IS meg lehet állapítani, én már pH-t mértem vele).

Iskolákban már csak azért sincs szó ezekről a módszerekről, mert ezek a módszerek a kvantuummechanikában gyökereznek, amihez nem sok iskolás ért. Hogy mégis röviden mondjak róla valamit, a következő mondatokban megpróbálom kisarkítva elmondani a lényeget.

Mint kiderül, nem csak az atomok és molekulák energiaszintjei, hanem az egyes módusok is kvantáltak. Az atomok esetén az energia kvantáltsága azt jelentette az elektronok számára, héjakba rendeződnek (1: 1s2, 2: 2s2 2p6, stb.). Hasonló létezik a mozgásokra is. Pl egy AB vegyület rezeg: A és B néha közelebb, néha távolabb kerül egymástól. Ezt szabályszerűen (periodikusan) teszik, vagyis mindig ugyan olyan "gyorsan" távolodnak el és közelítenek egymáshoz. De ha kapnak energiát, akkor bizonyos feltételek mellett (van elég energia, nem tiltott az átmenet spin vagy szimmetria szerint, stb módszertől függően) akkor megváltozik a mozgás sebessége. Hasraütve egy A-B molekula percenként pontosan 15x távolodik majd közeledik (rezeg), ha kap energiát (gerjesztjük) akkor 20x rezeg percenként. De ez nem lehet se 16, se 17, se 18, se 19. Vagy 15 vagy 20. Ezt az energiát pl fény szolgáltatja (a példa tipikus IR, leszámítva hogy egy ilyen módus inkább 6 milliószor történik másodpercenként, de a 6 millió 1 nem szemléletes). Mivel az a fény, ami pont gerjeszti a 20-as mozgást elnyelődik a molekula által, azt nem fogom detektálni. Ezek a mozgások nem függetlenek egymástól, de jellegzetes elnyelést mutatnak. Ezekből aztán össze lehet "puzzleezni" a molekulát. Az NMR már színtiszta kvantummechanika, abba nem kezdenék bele, de a példám egy IR meghatározást - szerintem - jól reprezentál elméleti szempontból.

A különböző elméletek jóslatai, (pl Jahn-Teller torzulást) még több kuriózum, de az ilyen elméleti feltételezéseket támasztják alá vagy cáfolják meg a kísérletek.

Ha idáig leolvastál, köszönöm az időd, remélem a lényeget sikerült átadnom. Pontatlanságokat, hiányokat jelezni kéretik.