Dörtyüzlü moleküler geometri

Dörtyüzlü veya tetrahedral molekül geometrisi, merkezi atomun, dört yüzlünün ortasında, dört köşede ise ornatıkların yer aldığı molekül geometrisidir. Bağ açıları, dört ornatık aynı olduğunda (örn. metan CH4 ya da daha ağır analogları) cos−1 (-⅓) = 109,4712206 ...° ≈ 109.5° olur. Metan veya diğer simetrik yüzlü moleküller Td nokta grubuna aittir, ama dörtyüzlü moleküller genellikle düşük simetriye sahiptir. Tetrahedral moleküller kiral olabilir.

Hemen hemen tüm doymuş organik bileşiklerin yanı sıra, Si, Ge ve Sn bileşiklerinin çoğu dörtyüzlüdür. Genellikle dörtyüzlü moleküller, dış ligandlara çoklu bağlama özelliği gösterir örn, ksenon tetroksit (XeO4), perklorat iyonu (ClO4-), sülfat iyonu (SO4−2), fosfat iyonu (PO4−3). Tiazil triflorür (SNF3) bir sülfür-azot üçlü bağı içeren, dört yüzlü bir moleküldür.

Diğer moleküller, merkezi bir atomun etrafındaki elektron çiftlerinin tetrahedral düzenlemesine sahiptir; örneğin amonyak (NH3), üç hidrojen ve bir yalın çifti azot atomunu çevreler. Fakat, olağan sınıflandırma sadece bağlanmış atomları dikkate alır, yalın çiftleri dikkate almaz. Bu sebeple amonyak piramidal olarak kabul edilir. H - N - H açıları 109°'den sapar 107° olur. Bu fark, bağlanmış bir atomdan daha büyük itici etki uygulayan yalın çiftin etkisi sebebiyledir.

Geometri, özellikle metalin d0 veya d10 konfigürasyonuna sahip olduğu kompleksler için yaygındır. Açıklayıcı örnekler arasında tetrakis(trifenilfosfin)paladyum(0) (Pd[P(C6H5)3]4), nikel karbonil (Ni(CO)4) ve titanyum tetraklorür (TiCI4) bulunmaktadır. Tamamen doldurulmamış d-kabuklarına sahip birçok kompleks genellikle dörtyüzlüdür, örneğin demir (II), kobalt(II) ve nikel(II) tetrahalidleri.

Gaz fazında, tek bir su molekülü, iki hidrojen ve iki yalın çifti ile çevrili bir oksijen atomuna sahiptir ve H2O geometrisi yalın çiftleri gözetmeksizin sadece açısal olarak belirtilir.

Bununla birlikte, sıvı suda ya da buzda, yalnız çiftler, komşu su molekülleriyle hidrojen bağları oluşturur. Bir oksijen etrafındaki hidrojen atomlarının en yaygın düzenlemesi, oksijene kovalent olarak bağlanmış iki hidrojen atomu ve ikisi hidrojen bağlarıyla yalın çiftlere bağlı dörtyüzlüdür. Hidrojen bağlarının uzunlukları değiştiğinden, bu su moleküllerinin çoğu simetrik değildir ve bu dört hidrojen atomu aralarında geçici düzensiz dörtyüzlü oluştururlar.

Birçok bileşik ve kompleks, çift dörtyüzlü yapı benimser. Bu motifde, iki dörtyüzlü ortak bir kenarı paylaşır. İnorganik polimer silikon disülfür, sonsuz bir kenar paylaşımlı dörtyüzlü zincirine sahiptir.

Dörtyüzlünün tersyüz olduğu durumlar organik ve ana grup kimyasında yaygın olarak ortaya çıkar. Walden tersinmesi denilen karbon tersinmesinin stereokimyasal sonuçlarını göstermektedir. Amonyakta azot tersinmesi de NH3'ün düzlemsel geçici oluşumunu gerektirir.

Bir moleküldeki geometrik kısıtlamalar, idealize edilmiş dörtyüzlü geometrinin ciddi şekilde bozulmasına neden olabilir. Bir karbon atomunda "ters" dörtyüzlü geometriye sahip bileşiklerde, bu karbona bağlı dört grubun hepsi bir düzlemin bir tarafındadır. Karbon atomu köşedeki diğer dört grupla birlikte kare bir piramidin tepesinde ya da yakınında yatar.

Ters dörtyüzlü geometriyi gösteren organik moleküllerin basit örnekleri, [[[1.1.1] propelan]] gibi küçük propelanlar, veya daha genel olarak padlan, ve piramidan ([3.3.3.3] fenestran). Bu tür moleküller tipik olarak süzülerek reaktivitenin artmasına neden olur.

Bir dörtyüzlü, iki bağ arasındaki açıyı artırarak da bozulabilir. Aşırı durumda, düzleşme ile sonuçlanır. Karbon için bu fenomen, fenestranlar adı verilen bir bileşik sınıfında gözlenebilir.

Birkaç molekül, merkezi atom içermeyen bir dörtyüzlü geometriye sahiptir. Bir inorganik örnek olan tetrafosfor (P4) her birine diğer üç fosforun bağlı olduğu bir dörtyüzlüden oluşturur. Organik bir örnek tetrahedran (C4H4), her biri hidrojene ve diğer üç karbon atomuna bağlanmış dört karbon atomundan oluşur.