TEORIA ORBITALI MOLEKULARNYCH (MO) dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii

Transkrypt

1 TERIA RBITALI MLEKULARNYCH (M)

2 Metoda (teoria) orbitali molekularnych (M) podstawy metody M - F. Hund, R.S. Mulliken Teoria M zakłada, że zachowanie się elektronu w cząsteczce opisuje orbital molekularny (cząsteczkowy), podobnie jak zachowanie elektronu w atomie opisuje orbital atomowy. orbital atomowy orbital jednocentrowy orbital molekularny orbital dwu- lub wielocentrowy Funkcję falową opisującą orbital molekularny można otrzymać przez wykorzystanie: 1) metody liniowej kombinacji orbitali atomowych (LCA) (wynik zbliżania się do siebie dwóch atomów z odległości, w której te atomy na siebie nie oddziaływują, do ich pozycji w stanie równowagi w cząsteczce) 2) metody zjednoczonego atomu (za punkt wyjścia przyjmuje się tu teoretyczny stan całkowitego pokrycia się dwóch atomów, a następnie ich odsunięcie od siebie, aż do osiągnięcia charakterystycznego dla cząsteczki stanu równowagi) Robert S. Mulliken ( ) Nagroda Nobla w 1966 r.

3 Trzy warunki wyliczenia efektywnego orbitalu molekularnego: 1) obu orbitalom atomowym wchodzącym w kombinację liniową odpowiadają porównywalne energie; 2) orbitale atomowe wchodzące w kombinację liniową pokrywają się ze sobą (możliwie maksymalnie); 3) orbitale wchodzące w kombinację liniową wykazują taką samą symetrię w stosunku do osi łączącej obydwa jądra. jądro A orbital atomowy A jądro B orbital atomowy B cząsteczka A B orbital cząsteczkowy AB * AB = c A A c B B AB = c A A + c B B orbital antywiążący orbital wiążący energia

4 AMPLITUDY FUNKCJI dodawanie i odejmowanie WNISKI dwa orbitale cząsteczkowe są kombinacją dwóch orbitali atomowych, w każdej parze orbitali molekularnych, jeden nazywa się cząsteczkowym orbitalem wiążącym i ma on energię niższą od energii oddzielnych orbitali atomowych, elektrony na orbitalu wiążącym powodują wzrost stabilizacji cząsteczki, drugi orbital nazywa się orbitalem antywiążącym i ma energię wyższą niż energia izolowanych atomów, elektrony na orbitalu antywiążącym zmniejszają stabilizację cząsteczki.

5 z sześciu orbitali atomowych 2p z dwóch orbitali atomowych 2s z dwóch orbitali atomowych 1s 2px 2 p 2 p x p y p z 2 y p z 2s 2s 1s 1s 2 2 energia rbitale molekularne

6 RZĄD WIĄZANIA R.W. = 1 / 2 (liczba el. na orbit. wiążących - liczba el. na orbit. antywiążących) CZĄSTKI HMJĄDRWE H 2+ H 2 He 2 Li 2 Be 2 B 2 C 2 2 N F 2 kation oksygenylu, np. w 2 PtF 6 anion ponadtlenkowy, np. w K 2 anion nadtlenkowy, np. w Ba 2 kation nitrozylu, np. w NCl CZĄSTKI HETERJĄDRWE N N + C C + HF CN

7

8

9

10

11 ze wzrostem liczby atomowej pierwiastka rośnie oddziaływanie orbitali 2s i 2p im silniejsze oddziaływanie 2s-2p, tym niższa jest energia orbitalu molekularnego 2s, a wyższa 2p dla B 2, C 2 i N 2 energia orbitalu 2p jest wyższa niż energia orbitali 2p dla 2 i F 2 energia orbitalu 2p jest niższa niż energia orbitali 2p

12

13 Cząsteczka HF

14

15 Cząstka l [Å] l. el , , , ,49 4

16 RBITALE ZDELKALIZWANE np. cząsteczka ozonu 3 teoria VB (powtórzenie) 2s 2p 8 1s 2 2s 2 2p 4 i * sp 2 sp 2 sp 2 stan wzbudzony + hybrydyzacja l 1,48 Å l = 1,21 Å z x l w 3 1,28 Å y

17 E del o del del l w 3 1,28 Å a kąt 116 o h KKK (2s) (2py) (2p x ) ( ) ( del) ( Ọ o del ) 2