Molekülstruktur

Aus AnthroWiki
(Weitergeleitet von Molekülgeometrie)
Wechseln zu: Navigation, Suche
Essigsäure-Molekül (CH3COOH) als Keilstrichformel dargestellt.

Die Molekülstruktur oder Molekularstruktur beschreibt die relative räumlich-geometrische Anordnung der Atome, aus denen ein Molekül aufgebaut wird. In der Strukturchemie kann sie durch verschiedene spektroskopische Methoden (z.B. IR-Spektroskopie, NMR-Spektroskopie) und bei kristallisierten Substanzen, bei denen die Moleküle in ein regelmäßiges Kristallgitter eingebaut sind, mittels Kristallstrukturanalyse bzw. Röntgenstrukturanalyse experimentell ermittelt werden.

Atome sind nach Rudolf Steiner strukturell als ideelle Rauminhalte aufzufassen; das Inhaltliche ist das Ergebnis einander begegnender Kräfterichtungen (Lit.:GA 320, S. 192). Moleküle sind komplexere gestaltbildende Kräftebegegnungen, die durch entsprechende Strukturformeln veranschaulicht werden können. Kraft wird dabei als einseitig räumliche (luziferische[1]) Offenbarung des Geistes verstanden.

Molekülgeometrie

Die Molekülgeometrie kann in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem oder auch durch die Angabe der Bindungslängen und Bindungswinkel mathematisch erfasst und durch verschiedenen Formen von Strukturformeln veranschaulicht werden. Dabei können verschiedene Strukturaspekte ins Auge gefasst werden.

Konstitution

Die Konstitution gibt in einem zweidimensionalen Schema die Art (Einfachbindung, Doppelbindung, Dreifachbindung) und Menge der chemischen Bindungen zwischen den am Aufbau des Moleküls beteiligten Atomen wieder und kann durch eine entsprechende Konstitutionsformel oder Valenzstrichformel oder in stärker abstrahierter Form auch durch eine Skelettformel dargestellt werden.

Ansicht von n-Butan entlang der Bindung zwischen dem 2. und 3. Kohlenstoffatom
Verschiedene Konformere des n-Butans in Newman-Projektion.
Verbindung Summenformel Konstitutionsformel Valenzstrichformel Skelettformel
Propan C3H8 CH3-CH2-CH3
Propan
Propan (Skelettformel mit eingezeichneten endständigen Methylgruppen) oder Propan (Skelettformel)

Konfiguration

Die Konfiguration zeigt die dreidimensionale räumliche Anordnung der Atome, wobei aber mögliche Drehungen um Einfachbindungen unberücksichtigt bleiben. Sie kann durch eine Keilstrichformel veranschaulicht werden:

Verbindung Keilstrichformel
Propan Propan

Konformation

Die Konformation berücksichtigt die verschiedenen räumlichen Anordnungen, die sich durch Drehungen um Einfachbindungen ergeben. Sie können z.B. durch die von Melvin Spencer Newman (1908-1993) eingeführte Newman-Projektion visuell dargestellt werden.

Cycloalkane wie z.B. Cyclohexan (C6H12) bilden verschiedene Konformere, die im dynamischen Gleichgewicht miteinander stehen. Die Sessel-Konformation ist bei Raumtemperatur energetisch am stabilsten, weshalb etwa 99% der Cyclohexan in der Sesselkonformation vorliegen.

Übergang zwischen den verschiedenen Konformationen des Cyclohexans

VSEPR-Modell

Hauptartikel: VSEPR-Modell
Mögliche Anordnungen der Liganden um das Zentralatom (I. Hargittai, B. Chamberland, 1986)

Das von Ronald Gillespie und Ronald Nyholm entwickelte VSEPR-Modell (von eng. Valence Shell Electron Pair Repulsion) ermöglicht eine gute anschauliche Abschätzung der Molekülgeometrie. Es berücksichtigt die Abstoßungskräfte zwischen den Elektronenpaaren der Valenzschale eines von n Liganden L umgebenen Zentralatoms Z und basiert auf folgenden vier Regeln[2]:

  1. Die bindenden und freien Elektronenpaare eines Moleküls der allgemeinen Form ZLn ordnen sich so um das Zentralatom , dass sie den größtmöglichsten Abstand voneinander haben.
  2. Die freien Elektronenpaare E werden dabei als Pseudoliganden einer Pseudostruktur ZLnEm betrachtet und beanspruchen mehr Platz als die bindenden.
  3. Der Raumbedarf der bindenden Elektronenpaare steigt mit zunehmender Elektronegativität der Liganden .
  4. Mehrfachbindungen werden wie Einfachbindungen behandelt, beanspruchen aber mehr Platz als diese.

Um die möglichen geometrischen Anordnungen auszuloten, kann man sich die Elektronenpaare als Punkte auf einer das Zentralatom umgebenden Sphäre vorstellen. Je nach Anzahl der Liganden ergeben sich dann typische geometrische Formen, die der ersten Regel genügen (siehe nebenstehende Zeichnung). Abhängig von den weiteren Regeln entstehen auch verzerrte Figuren, die vom Idealtypus bezüglich der Bindungslängen und -winkel abweichen.

Literatur

Steiner big.jpg
Literaturangaben zum Werk Rudolf Steiners folgen, wenn nicht anders angegeben, der Rudolf Steiner Gesamtausgabe (GA), Rudolf Steiner Verlag, Dornach/Schweiz
Email: verlag@steinerverlag.com URL: www.steinerverlag.com. Freie Werkausgaben gibt es auf fvn-rs.net, archive.org und im Rudolf Steiner Online Archiv.
Eine textkritische Ausgabe grundlegender Schriften Rudolf Steiners bietet die Kritische Ausgabe (SKA) (Hrsg. Christian Clement): steinerkritischeausgabe.com
Die Rudolf Steiner Ausgaben basieren auf Klartextnachschriften, die dem gesprochenen Wort Rudolf Steiners so nah wie möglich kommen.
Hilfreiche Werkzeuge zur Orientierung in Steiners Gesamtwerk sind Christian Karls kostenlos online verfügbares Handbuch zum Werk Rudolf Steiners und
Urs Schwendeners Nachschlagewerk Anthroposophie unter weitestgehender Verwendung des Originalwortlautes Rudolf Steiners.
Ausführliche bibliografische Informationen mit Volltextsuche in allen derzeit verfügbaren Online-Ausgaben bietet die Steinerdatenbank.de.

Einzelnachweise

  1. vgl. dazu Rudolf Steiner: Menschliche und menschheitliche Entwicklungswahrheiten. Das Karma des Materialismus., GA 176 (1982), ISBN 3-7274-1760-9, S. 239f
  2. vgl. A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 81.–90. Auflage. de Gruyter, Berlin 1976, ISBN 3-11-005962-2, S. 131.