Periodensysteme kleiner Moleküle - Periodic systems of small molecules
Periodensysteme von Molekülen sind Diagramme von Molekülen ähnlich dem Periodensystem der Elemente. Der Bau solcher Karten wurde Anfang des 20. Jahrhunderts begonnen und dauert noch an.
Es wird allgemein angenommen, dass sich das periodische Gesetz , das durch das Periodendiagramm dargestellt wird, im Verhalten von Molekülen widerspiegelt , zumindest kleinen Molekülen . Wenn man zum Beispiel eines der Atome in einem dreiatomigen Molekül durch ein Edelgasatom ersetzt, ändert sich die Eigenschaft des Moleküls drastisch. Mehrere Ziele könnten durch den Aufbau einer expliziten Darstellung dieses periodischen Gesetzes erreicht werden , wie in Molekülen manifestiert: (1) für die überwiegende Anzahl von Molekülen ein Klassifikationsschema , die vorhanden sind , mit kleinen beginnen nur wenige Atome aufweist, für die Verwendung als Lehrmittelund Werkzeug zum Archivieren von Daten, (2) Vorhersagen von Daten für molekulare Eigenschaften basierend auf dem Klassifikationsschema und (3) eine Art Einheit mit dem Periodensystem und dem Periodensystem der Fundamentalteilchen .
Physikalische Periodensysteme von Molekülen
Periodische Systeme (oder Diagramme oder Tabellen) von Molekülen sind Gegenstand von zwei Übersichtsartikeln. Die Systeme von zweiatomigen Molekülen umfassen die von (1) HDW Clark und (2) F.-A. Kong, die der Atomkarte etwas ähneln. Das System von R. Hefferlin et al. wurde aus (3) einem dreidimensionalen zu (4) einem vierdimensionalen System Kronecker Produkt der Elementkarte mit sich selbst entwickelt.
| Das Kronecker-Produkt eines hypothetischen Periodendiagramms mit vier Elementen. Die sechzehn Moleküle, von denen einige redundant sind, legen einen Hyperwürfel nahe, was wiederum darauf hindeutet, dass die Moleküle in einem vierdimensionalen Raum existieren; die Koordinaten sind die Periodennummern und Gruppennummern der beiden konstituierenden Atome. |
Eine ganz andere Art von Periodensystem ist (5) das von GV Zhuvikin, das auf Gruppendynamik basiert . In allen Fällen außer dem ersten haben andere Forscher unschätzbare Beiträge geleistet, und einige von ihnen sind Mitautoren. Die Architekturen dieser Systeme wurden von Kong und Hefferlin angepasst, um ionisierte Spezies einzuschließen, und von Kong, Hefferlin und Zhuvikin und Hefferlin auf den Raum dreiatomiger Moleküle erweitert. Diese Architekturen sind mathematisch mit dem Diagramm der Elemente verbunden. Sie wurden zunächst als „physikalische“ Periodensysteme bezeichnet.
Chemische Periodensysteme von Molekülen
Andere Forscher haben sich auf den Aufbau von Strukturen konzentriert, die bestimmte Arten von Molekülen wie Alkane (Morozov) ansprechen ; Benzenoide (Dias); funktionelle Gruppen, die Fluor , Sauerstoff , Stickstoff und Schwefel enthalten (Haas); oder eine Kombination aus Kernladung , Schalenzahl, Redoxpotentialen und Säure-Base-Tendenzen (Gorski). Diese Strukturen sind nicht auf Moleküle mit einer bestimmten Anzahl von Atomen beschränkt und haben wenig Ähnlichkeit mit der Elementkarte; sie werden „chemische“ Systeme genannt. Chemische Systeme beginnen nicht mit der Elementkarte, sondern beginnen beispielsweise mit Formelaufzählungen (Dias), dem Grimmschen Hydridverschiebungsgesetz (Haas), reduzierten Potentialkurven (Jenz), einem Satz molekularer Deskriptoren (Gorski) und ähnlichem Strategien.
Hyperperiodizität
EV Babaev hat ein hyperperiodisches System aufgebaut, das im Prinzip alle oben beschriebenen Systeme außer denen von Dias, Gorski und Jenz umfasst.
Grundlagen der Elementkarte und Periodensysteme der Moleküle
Das Periodensystem der Elemente, wie ein kleiner Stuhl, wird von drei Beinen getragen: (a) das Bohr - Sommerfeld „ Sonnensystem “ Atommodell (mit Elektronen - Spin und das Madelung- Prinzip ), die die magic-Zahl - Elemente sind vorgesehen , dass Ende jede Zeile der Tabelle und gibt die Anzahl der Elemente in jeder Zeile an, (b) Lösungen der Schrödinger-Gleichung , die die gleichen Informationen liefern, und (c) Daten, die durch Experimente, durch das Sonnensystemmodell und durch Lösungen der Schrödinger-Gleichung. Das Bohr-Sommerfeld-Modell sollte nicht außer Acht gelassen werden: Es lieferte Erklärungen für die Fülle an spektroskopischen Daten, die bereits vor dem Aufkommen der Wellenmechanik existierten .
Jedes der oben aufgeführten und nicht zitierten molekularen Systeme wird auch von drei Beinen gestützt: (a) physikalische und chemische Daten, die in grafischen oder tabellarischen Mustern angeordnet sind (die zumindest für physikalische periodische Systeme das Erscheinungsbild der Elementkarte widerspiegeln .) ), (b) Gruppendynamik, Valenzbindungs-, Molekülorbital- und andere fundamentale Theorien, und (c) Summieren von Atomperioden- und Gruppenzahlen (Kong), das Kronecker-Produkt und Ausnutzung höherer Dimensionen (Hefferlin), Formelaufzählungen (Dias), das Wasserstoffverdrängungsprinzip (Haas), reduzierte Potentialkurven (Jenz) und ähnliche Strategien.
Eine chronologische Liste der Beiträge zu diesem Feld enthält fast dreißig Einträge aus den Jahren 1862, 1907, 1929, 1935 und 1936; dann, nach einer Pause, ein höheres Aktivitätsniveau, beginnend mit dem 100. Jahrestag von Mendelejews Veröffentlichung seines Elementdiagramms, 1969. Viele Veröffentlichungen über periodische Systeme von Molekülen enthalten einige Vorhersagen molekularer Eigenschaften, aber seit der Jahrhundertwende gab es ernsthafte Versuche, periodische Systeme für die Vorhersage von immer genaueren Daten für verschiedene Anzahlen von Molekülen zu verwenden. Zu diesen Versuchen gehören die von Kong und Hefferlin
Ein kollabiertes Koordinatensystem für dreiatomige Moleküle
Das kollabierte Koordinatensystem hat drei unabhängige Variablen anstelle der vom Kronecker-Produktsystem geforderten sechs. Die Reduktion unabhängiger Variablen nutzt drei Eigenschaften von dreiatomigen Molekülen in der Gasphase, im Grundzustand. (1) Im Allgemeinen neigen die Daten für isoelektronische Moleküle unabhängig von der Gesamtzahl der konstituierenden atomaren Valenzelektronen dazu, ähnlicher zu sein als für benachbarte Moleküle, die mehr oder weniger Valenzelektronen aufweisen; bei dreiatomigen Molekülen ist die Elektronenzahl die Summe der Atomgruppenzahlen (die Summe der Spaltennummern 1 bis 8 im p-Block des Periodensystems der Elemente, C1+C2+C3). (2) Lineare/gebogene dreiatomige Moleküle scheinen etwas stabiler zu sein, andere Parameter sind gleich, wenn Kohlenstoff das Zentralatom ist. (3) Die meisten physikalischen Eigenschaften von zweiatomigen Molekülen (insbesondere spektroskopische Konstanten) sind in Bezug auf das Produkt der beiden Atomperioden- (oder Reihen-)Zahlen R1 und R2 stark monoton ; für dreiatomige Moleküle ist die Monotonie in Bezug auf R1R2+R2R3 (die sich für zweiatomige Moleküle auf R1R2 reduziert) ähnlich. Daher lauten die Koordinaten x, y und z des kollabierten Koordinatensystems C1+C2+C3, C2 und R1R2+R2R3. Mehrfachregressionsvorhersagen von vier Eigenschaftswerten für Moleküle mit tabellierten Daten stimmen sehr gut mit den tabellarischen Daten überein (die Fehlermaße der Vorhersagen beinhalten die tabellarischen Daten in allen bis auf wenige Fälle).