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正四面体结构中心键角的计算方法

2012-10-20 14:38阅读:
正四面体结构中心键角的计算方法:
当一个原子A四周空间均匀分布着四个相同的原子B时,B—A—B的夹角为109度28分。这四个原子构成了一个正四面体,其中每个BAB键均为非极性共价键。以甲烷分子结构举例:
正四面体结构中心键角的计算方法




CH1 = CH2 = CH3 = CH4
H1H2 = H1H3 = H1
H4 = H2H3 = H2H4 = H3H4
我们可以用数学方法计算出BAB键夹角的准确值:


正四面体结构中心键角的计算方法


延长H1C交平面H2H3H4B,作H2B延长线交H3H4于D。则H1B与平面H2H3H4垂直,H2D与H3H4垂直。
并把H1H2的长度设为a,H1C的长度设为R,∠H1CH2的度数设为A。
∵H2H3 = H2H4 = H3H4
H2H3H4 = H3H2H4 = H2H4H3 = 60°
H2D = 正四面体结构中心键角的计算方法H2H3 = 正四面体结构中心键角的计算方法a


正四面体结构中心键角的计算方法
在俯视图中,B为△H2H3H4的几何中心。
H2MN ∽ H2H3H4 (k = 正四面体结构中心键角的计算方法
MBN ∽ H3BH4 (k = 正四面体结构中心键角的计算方法
∴H2B = 正四面体结构中心键角的计算方法H2D
利用勾股定理计算出H1B的长度,把此数值减去R,即为BC的长度。再利用勾股定理,在BCH2中计算得出R的值: 正四面体结构中心键角的计算方法
最后利用余弦定理在△H1H2C中求出角度A的值: 正四面体结构中心键角的计算方法
109度28分≈109.47122063449069136924599933996度

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