4.4 KHÁI QUÁT VỀ CÁC LOẠI CHẤT KHÁC NHAU
4.4.2Một số hợp chất hữu cơ
Các hợp chất hữu cơ thuộc loại cấu trúc phân tử. Dạng liên kết gắn nguyên tử thành phân tử thường mang bản chất cộng hoá trị. Phân tử tập hợp nhau tạo nên tinh thể bằng liên kết van der Waals. Đây là liên kết vơ hướng; có thể thấy trước rằng phân tử trong tinh thể có xu hướng tập hợp quanh nó số lượng lớn nhất các phân tử kề cận. Mặc dầu phân tử khơng có dạng cầu, chúng vẫn có thể xếp chặt trong cấu trúc. Phần lớn hợp chất hữu cơ có phân tử với số phối trí 12. Căn cứ các số liệu về hình dạng và kích thước phân tử, cũng như về thể tích ơ mạng cơ sở, độ chặt của nhiều cấu trúc đã được xác định. Đại lượng này dao động trong
khoảng từ 60 đến 80%. Rõ ràng, ngun lí xếp cầu nói chung có thể áp dụng cho các cấu trúc hữu cơ. Phân tử thường có dạng bất kì, khơng đều đặn; khi xếp chặt, chỗ lồi của hạt này lấp
vào chỗ lõm của hạt kia. Trong điều kiện nhất định, với bản năng tự xoay quanh trục riêng
hay quanh tâm điểm, phân tử trở nên có dạng ống, dạng cầu và đối xứng cao hơn.
Cấu trúc tinh thể metan CH4. Nếu nguyên tử carbon nằm tại tâm của phân tử tứ diện đều,
thì 4 nguyên tử hydro tại đỉnh; điều này đảm bảo cho số đo ổn định (khoảng 109°) của góc
hóa trị H−C−H. Đối
xứng cao và khả năng tự xoay, phân tử metan làm nên nhóm khơng gian Fm3m của cấu trúc tinh thể, số bội n=4, thông số mạng a = 5,89Å (ở nhiệt độ −180°C).
Tâm điểm của phân tử phân bố tại các nút của mạng lập phương tâm mặt.
Cấu trúc tinh thể adamantan C10H16
được xác định rất sớm, cũng do phân tử của nó có đối xứng cao với nhóm điểm 43m (hình 4.31). Trong khn khổ ơ lập phương (đường đứt) mỗi cặp CH2 chia nhau nằm trùng trên hai mặt gương vng góc nhận trục 4 làm giao tuyến; các hạt carbon của chúng phân bố tại vị trí a) của LLP. Cịn 4 cụm CH chia đều cho 4 trục xoay bậc ba và dạng trục của chúng trùng với 4L3, nguyên tử carbon nằm ở vị trí c) của FLP. Mỗi nguyên tử carbon của cụm CH2, vốn đã có 2 mối liên kết với 2 hydro, lại có 2 liên kết với 2 carbon của 2 cụm CH. Mỗi carbon của cụm CH (đã có 1 mối liên kết với hydro) liên kết với 3 nguyên tử carbon của 3 cụm CH2. Vậy, mỗi nguyên tử carbon của phân tử có đủ 4 mối liên kết đặc trưng, định hướng đều đặn và tạo nên những góc hố trị H−C−H ổn định. Phân tử adamantan sắp xếp song song với nhau, tâm điểm của chúng phân bố theo sơ đồ của mạng lập phương tâm mặt. Kích thước ơ mạng a = 9,426Å; số bội điểm n = 4.
Cấu trúc tinh thể benzen C6H6.
Cấu trúc các chất thơm được nghiên
cứu kĩ hơn so với các lớp hữu cơ khác. Tất cả các nguyên tử carbon của phân tử C6H6 đều nằm trên một
mặt phẳng (hình 4.32,a). Việc phân tử của nó nằm tại tâm đối xứng chứng tỏ sự cân bằng của các liên kết giữa carbon với nhau. Khoảng C−C thay đổi từ 1,374 đến 1,382Å. Góc
hố trị C−C−C từ 119°28’ đến
120°42’. Các thông số hình học của cấu trúc như sau: a = 7,460Å; b = 9,666Å; c = 7,034Å. Nhóm khơng gian Pbca (hình 4.32,b).
Hình 4.31. Cấu trúc phân tử adamantan
Hình 4.32. Cấu trúc phân tửbenzen (a) và hình chiếu ơ mạng tinh thể trên (010) (b)
Cấu trúc của parafin C29H60. Cũng như trong tất cả các hợp chất béo, nguyên tử carbon
xếp thành chuỗi dích dắc, với khoảng C−C chừng 1,54Å, với góc C−C−C đặc trưng 109,5° (hình 4.33,a,b). Trong tinh thể, các chuỗi này xếp khít, song song với trục c (hình 4.33,c). Mạng trực thoi của parafin có kích thước như sau: a = 7,45Å; b = 4,95Å; c = 77,2Å. Nhóm khơng gian Pnma. Phân tử parafin trong tinh thể thường dao động nhiệt xung quanh trục c. Tiếp cận điểm sôi, chúng xoay quanh trục và có dạng ống; do đó đối xứng tinh thể từ trực thoi biến thành sáu phương.