Molekülmitte

Die Molekülmitte ist ein konzeptioneller Punkt im Molekül, der als zentrales Bezugselement bei geometrischen, mechanischen oder elektronischen Betrachtungen dient. Der Begriff ist nicht eindeutig festgelegt; je nach Kontext wird er mit dem Schwerpunkt des Moleküls (Massenmittelpunkt), dem geometrischen Mittelpunkt der Atome oder dem Zentrum der Ladungsverteilung assoziiert.

Schwerpunkt (Zentrum der Masse): Für ein Molekül mit Atommassen m_i und Vektoren r_i ist der Schwerpunkt gegeben durch r_CM = (1/M) Sum m_i r_i, wobei M die Gesamtsumme der Massen ist. Der Schwerpunkt verschiebt sich mit der Anordnung der Atome, bleibt jedoch in einem isolierten Molekül im Raum konstant. In der Rotations- und Vibrationskinetik bestimmt der Schwerpunkt oft die Achsen, um die herum das Molekül rotiert.

Geometrischer Mittelpunkt: Der geometrische Mittelpunkt ist der arithmetische Mittelwert der Positionsvektoren der Atomkerne und hängt nicht von den Massen ab. Er kann von r_CM verschieden sein, insbesondere bei schweren und leichten Atomen. Der geometrische Mittelpunkt dient als einfacher Referenzpunkt in Strukturmodellen und in der Symmetrieanalyse.

Zentrum der Ladungsverteilung: In der Elektronenverteilung existiert oft ein Zentrum der elektrischen Ladung oder des Elektronendichte, das sich aus dem Dipolmoment ableiten lässt. Dieses Zentrum kann durch Messungen wie NMR, Elektrostatik oder Modellierungen in der Dichtefunktionaltheorie ermittelt werden. Es liegt nicht notwendigerweise am Schwerpunkt oder am geometrischen Mittelpunkt.

Anwendungen: In der Molekülmechanik, der Spektroskopie und der Molekülvisualisierung dient die Molekülmitte als Referenzpunkt für Koordinatentransformationen, Rotationsinvarianten und die Analyse von Reaktionsmechanismen. In Computermodellen ist sie oft der Ursprung des Berechnungsrahmens.