Mikor helyezkedik el a molekula egy síkban?

Akkor, ha valamennyi atom egy síkban van.

Nézzük az etán (CH3-CH3) molekulát. A szénhez kapcsolódó hidrogének egy tetraéder csúcsai felé irányulnak, tehát nem egy síkban vannak, ráadásul a két szénetom közt szigma kötés van, ami mentén szabadon foroghat a molekula.

De ha az etént (CH2=CH2) nézzük, akkor a szén és a 2 hidrogén egy síkban van [3 pontra egy sík egyértelműen fektethető]. Mivel a két szén közt egy szigma és egy pi kötés van, és a pi kötés elektronfelhője éppen úgy helyezkedik el, hogy a molekula másik három atomja is ugyanebben a síkban van, mint az első három. Tehát az egész molekula egy síkban van.

[link]

Akkor helyezkedik el egy molekula egy síkban, ha energetikailag az a legkedvezőbb a számára. Általában az a legkedvezőbb elhelyezkedés, ha a központi atomhoz kapcsolódó atomok, vagy csoportok a legtávolabb vannak egymástól. Így belátható, hogy ha pl egy központi atomhoz három ligandum kapcsolódik ÉS nincs nemkötő elektronpár, akkor az a legkedvezőbb elhelyezkedés, ha síkháromszög alakot vesz fel. Erre példa a bór-trihidrid. (nem a legjobb példa, mert dimerizálódik, de most más nem jutott eszembe) Ha három ligandum van, és VAN nemkötő elekronpár, az már megkavarja az egészet. A nemkötő elektronpárnak ugyanis szintén van helyigénye, ráadásul nagyobb, mint egy átlag ligandumé. Ekkor a szerkezet háromszögalapú piramis. Ezt igazából úgy lehet felfogni, mint egy tetraédert, csak a csúcsán nem egy atom van, hanem a nemkötő elektronpár.

Általánosságban tehát a 2 és 3 atomos molekulák ugye síkban helyezkednek el, mert máshogy nem is lehetséges. Erre példát szerintem nem kell írnom. A 4 atomosak (tehát 3 ligandumosak) akkor helyezkednek el síkban, ha nincs nemkötő elektronpár (vagy kettő van, ezt mindjárt leírom miért). Erre példa a már említett bór-trihidrid. Az 5 atomosak (tehát 4 ligandumosak) csak akkor helyezkednek el síkban, ha két nemkötő elektronpár van. Ezek azért vesznek fel sík alakot (konkrétan síknégyszöget), mert mint említettem, a nemkötő elektronpár helyigénye nagyobb, mint egy ligandumé, ezért az a legkedvezőbb helyzet, ha azok a legtávolabb vannak egymástól. Így a ligandumok csak síkégyszög alakot vehetnek fel. Erre példa a XeF4. Ha nem lenne a négyligandumos esetben nemkötő elektronpár, akkor a molekula szerkezete tetraéder lenne, mert ekkor vannak a ligandumok a legtávolabb egymástól. Síknégyszög formában sokkal közelebb vannak egymáshoz, ez energetikailag nem kedvező.

Az etén más helyzet, az azért sík alakú, mert a C-C kettőskötés gátolja a rotációt (forgást). Ha csak pusztán az atomok távolságát nézzük, a legkedvezőbb az lenne, ha a hidrogének nem egy síkban, hanem egymásra merőlegesen lennének. Ekkor vannak ugyanis a legtávolabb egymástól. Ezt a helyzetet viszont nem veszi fel, mert több energiát igényelne a pi kötést "eltépni", mint amennyit abból nyerne, hogy a hidrogének merőlegesen állnak egymásnak. Az etán amúgy már úgy forgatja be a hidrogéneket, hogy azok ne fedjék egymást, mert ott nincs ami gátolja a rotációt. De az eténnél ez gátolt.