Molekülstruktur

Die Molekülstruktur bezeichnet die räumliche Anordnung der Atome in einem Molekül und die Art der Bindungen zwischen ihnen. Sie umfasst die Konnektivität – welche Atome miteinander verbunden sind – sowie die Geometrie im Raum, also die Position der Atome relativ zueinander. Die Struktur bestimmt wesentliche Eigenschaften wie Dipolmomente, Reaktivität, Stabilität und physikalische Verhaltensweisen.

Bindungen definieren die Struktur: kovalente Bindungen durch gemeinsame Elektronenpaare, manchmal auch koordinative Bindungen; in einigen Fällen sind auch sekundäre Wechselwirkungen wie Van-der-Waals-Kräfte relevant. Die Form eines Moleküls ergibt sich oft aus der Elektronenpaarabstoßung (VSEPR) und aus der Orbitaltheorie; gängige Geometrien sind linear, planar trigonal, tetraedrisch, trigonal bipyramidal und oktaedrisch. Chiralität kann auftreten, wenn ein Zentralatom vier verschiedene Substituenten trägt, wodurch Enantiomere entstehen.

Die Molekülstruktur wird durch Experimente und Theorien bestimmt: Röntgenkristallographie liefert präzise Raumstrukturen von Kristallen, NMR-Spektroskopie liefert Informationen über relative Anordnungen in Lösung, IR-Spektroskopie über Bindungstypen. Massenspektrometrie kann Hinweise auf Struktur liefern; Elektronenmikroskopie ermöglicht Abbildung bestimmter Moleküle. Theoretische Berechnungen (Molekülorbitaltheorie, DFT) unterstützen und ergänzen die Bestimmung.

Isomerie beschreibt unterschiedliche Strukturen bei gleicher Summenformel: Strukturisomerie (andere Konnektivität) und Stereoisomerie (andere räumliche Anordnung). Rotationen um einzelne Bindungen führen zu Konformationen. In Festkörpern bestimmen Kristallstrukturen Materialeigenschaften; bei Biomolekülen prägen Sekundär- und Tertiärstrukturen Funktion.