Wyklad17 czasteczki -orbitale

(1)

3.

3.Co to jest wiąCo to jest wiązanie chemiczne?zanie chemiczne? 1.

1.Dlaczego atomy Dlaczego atomy łąłączcząą sisięę w czw cząąsteczki?steczki? 2.

2.Jak atomy Jak atomy łąłączcząą sisięę w czw cząąsteczki?steczki?

Cz

ą

_ą

steczki

_steczki

Co to jest rz

Co to jest rząąd wid wiąązania?zania? Jakie s

(2)

Dlaczego atomy

Dlaczego atomy łą_łącz_czą_ą si_się_ę?_?

Opis termodynamicznyOpis termodynamiczny

(3)

Cz

Czą_ąsteczki _steczki homoj

(4)

Jak atomy

Jak atomy łą_łącz_czą_ą si_się_ę?_?

Liniowa kombinacja orbitali atomowych (LCAO) Weźmy 2 atomy wodory i utwórzmy molekułę H₂

b b a a c c

ψ

= + Jak utworzy

Jak utworzyćć orbitalorbital molekularny?molekularny?

+

(5)

Jak atomy Jak atomy łą_łącz_czą_ą si_się_ę?_? b e a e ab b e a e b e a e T V V V V T Hˆ = ˆ _, + ˆ _, + ˆ ₋ + ˆ ₋ + ˆ + ˆ _, ₋ _, Jak

Jakąą postapostaćć ma operator energii?ma operator energii?

energia kinetyczna

elektronów _{energia potencjalna}

elektronów w polu jąder energia potencjalna jąder a i b energia potencjalna elektronów z atomów a i b

(6)

Jak atomy

Jak

Jakąą postapostaćć ma funkcja falowa molekuma funkcja falowa molekułły Hy H₂₂??

)

1 (

)

1 (

s

c

s

c

_a _a _b _b MO

ψ

=

+

Przepis na orbital molekularny (MO): liniowa kombinacja orbitali atomowych

Cała sztuka przy poszukiwaniu funkcji falowej Ψ_MO

sprowadza się zatem do poszukania wartości

współczynników _c_a i c_b

Ca

Całła sztuka przy poszukiwaniu funkcji falowej a sztuka przy poszukiwaniu funkcji falowej Ψ_Ψ_MO_MO

sprowadza si

sprowadza sięę zatem do poszukania wartozatem do poszukania wartośści ci wsp

(7)

Jak atomy

Jak

Jakąą postapostaćć ma funkcja falowa molekuma funkcja falowa molekułły Hy H₂₂??

1 ) 1 ( ) 1 ( 1 ) 1 ( ) 1 ( 2 , 1 , = − = − = = = + = b a b a MO b a b a MO c c s s c c s s ψ ψ ψ ψ ψ ψ

Liniowa kombinacja polega na tym, że z 2 orbitali

atomowych powstają zawsze 2 orbitale molekularne, itd…

Liniowa kombinacja polega na tym,

Liniowa kombinacja polega na tym, żże z 2 orbitali e z 2 orbitali

atomowych powstaj

(8)

Jak atomy

Jak

Jakąą postapostaćć ma gma gęęstostośćść prawdopodobieprawdopodobieńństwastwa

Ψ Ψ22 MO MO molekumolekułły Hy H22?? ( ) ( ) ( ) ( (1 ) (1 ) 2 (1 ) (1 )) ) 1 ( ) 1 ( ) 1 ( ) 1 ( 2 ) 1 ( ) 1 ( ) 1 ( ) 1 ( 2 2 2 2 2 2 2 , 2 2 2 2 2 2 1 , s s s s N s s N s s s s N s s N b a b a b a MO b a b a b a MO ψ ψ ψ ψ ψ ψ ψ ψ ψ ψ ψ ψ ψ ψ − + = = − = + + = = + =

(9)

Co to jest wi

Co to jest wią_ązanie?_zanie?

a b + + ) 1 ( ) 1 ( 1 , a s b s MO ψ ψ ψ = + 0 2 3 0 1 2 a r b a e a −       = =ψ ψ 1s_a _1s b wzmocnienie orbital orbital wiwiążąążącycy

(10)

Co to jest wi

1s_a 1s_b osłabienie - wygaszenie ) 1 ( ) 1 ( 1 , a s b s MO ψ ψ ψ = − a b + - +

(11)

-Co to jest wi

wzmocnienie 2 1 , MO ψ osłabienie r g ę st o ść pr a w d opo do bi e ń st w a a b r g ę st o ść pr a w dopodobi e ń st w a a b

(12)

Co to jest wi

orbital antywiążący

orbital wiążący

(13)

Co to jest wi

poziomy energii elektronów rozkład gęstości prawdopodobieństwa E MO2 1s_A H₂ H_A H_B 1s_B MO₁ Energy diagram (a)

Electron probability distri

+ +

(b)

H_a H₂ H_b

(14)

Co to jest wi

* 1 2 , 1 1 , s MO s MO

σ

ψ

σ

ψ

= = orbitalorbital wiwiążąążącycy orbital

orbital antywiantywiążąążącycy

Reguły zapełniania orbitali molekularnych: minimum energii

zakaz Pauliego reguła Hunda

(15)

Co to jest rz

Co to jest rzą_ąd wi_{d wi}ą_ązania?_zania?

R= ne na orbitalu wiążącym - ne na orbitalu antywiążącym 2 2 * e e n n R = −

(16)

Jak przewidywa

Jak przewidywać_ć

trwa

trwał_ło_ość_ść moleku_molekuł_ł?_?

Która cząsteczka istnieje?

H₂+ _H 2 He2+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2 2 1 2 0 1 = − = R 1s 1s H H+ [ ] ( )1 1 2 s H + = σ σ_1s σ* 1s

(17)

1 2 0 2 = − = R

Która cząsteczka istnieje? H₂+ _H

2 He2+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2

Która cząsteczka jest bardziej trwała?

Jak przewidywa

trwa

1s 1s H H [ ] ( )2 1 2 s H = σ σ_1s σ* 1s

(18)

1 2 0 2 − ₌ = R

Która cząsteczka istnieje?

H₂+ _H

2 1 2 0 1− ₌ = R Jak przewidywa Jak przewidywać_ć trwa

(19)

2 1 2 1 2 = − = R

Która cząsteczka istnieje? H₂+ _H

Jak przewidywa

trwa

1s 1s He He+ [ ] ( ) ( )_* 1 1 2 1 2 s s He+ = σ σ σ_1s σ* 1s

(20)

0 2 2 2 = − = R

Która cząsteczka istnieje? H₂+ _H 2 He2+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2 He₂ nie istnieje Jak przewidywa Jak przewidywać_ć trwa

1s 1s He He+ [ ] ( ) ( )_* 2 1 2 1 2 s s He = σ σ σ_1s σ* 1s

(21)

2 1 2 2 3 = − = R

Która cząsteczka istnieje? H₂+ _H 2 He2+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2 [ ] ( ) ( ) ( )1 2 2 * 1 2 1 2 s s s Li+ = σ σ σ Jak przewidywa Jak przewidywać_ć trwa

1s 1s Li Li+ 2s 2s σ_1s σ* 1s σ_2s σ* 2s

(22)

1 2 2 4 = − = R

Która cząsteczka istnieje? H₂+ _H 2 He2+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2 [ ] ( ) ( ) ( )2 2 2 * 1 2 1 2 s s s Li = σ σ σ

Jak przewidywa

trwa

1s 1s Li Li 2s 2s σ_1s σ* 1s σ_2s σ* 2s

(23)

2 1 2 3 4 = − = R

Która cząsteczka istnieje? H₂+ _H 2 He2+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2 [ ] ( ) ( ) ( ) ( )_* 1 2 2 2 2 * 1 2 1 2 s s s s Be+ = σ σ σ σ Jak przewidywa Jak przewidywać_ć trwa

1s 1s Be Be+ 2s 2s σ_1s σ* 1s σ_2s σ* 2s

(24)

0 2 4 4 = − = R

Która cząsteczka istnieje? H₂+ _H 2 He2+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2 [ ] ( ) ( ) ( ) ( )_* 2 2 2 2 2 * 1 2 1 2 s s s s Be+ = σ σ σ σ Be₂ nie istnieje Jak przewidywa Jak przewidywać_ć trwa

1s 1s Be Be 2s 2s σ_1s σ* 1s σ_2s σ* 2s

(25)

Jakie s

Jakie są_ą typy wi_{typy wi}ą_ąza_zań_ń?_?

09_190 2p_y 2p_y 2p_x 2p_x Antibonding Bonding σ2p σ_*2p Antibonding Bonding π_*2p π_2p (b) (a)

Jakie typy orbitali molekularnych tworz

Jakie typy orbitali molekularnych tworząą sisięę z orbitali atomowych typu p?

(26)

Jakie s

Jakie typy orbitali molekularnych tworz

Jakie typy orbitali molekularnych tworząą sisięę z orbitali atomowych typu

z orbitali atomowych typu pp??

(a)

B B

π _π

(27)

Jakie s

Z jakich orbitali tworz

Z jakich orbitali tworząą sisięę wiwiąązania zania σσ??

s s

+

s-orbital s-orbital σ-bonding MO

p p

+

p-orbital p-orbital σ-bonding MO

s p

s-orbital

+

(28)

Jakie s

Z jakich orbitali tworz

Z jakich orbitali tworząą sisięę wiwiąązania zania ππ??

(29)

Jakie s

Przyk Przykłładad (a) B B B₂ [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )1 2 1 2 2 * 2 2 2 2 * 1 2 1 2 s s s s p p B = σ σ σ σ π π 2s 2s σ_1s σ* 1s 2p 2p π_2p σ_2p π* 2p

(30)

Jakie s

Przyk Przykłładad N₂ [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2 2 2 2 2 2 2 * 2 2 2 2 * 1 2 1 2 s s s s p_x p_y p_z N = σ σ σ σ σ π π 2s 2s 2s 2s 2s 2s σ_1s σ* 1s σ* 2p 2p 2p π_2p σ_2p π* 2p E

(31)

Jakie s

Przyk Przykłładad O₂ [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( )_* 1 2 1 * 2 2 2 2 2 2 2 2 * 2 2 2 2 * 1 2 1 2 s s s s p_x p_y p_z p_y p_z N = σ σ σ σ σ π π π π 2s 2s 2s 2s 2s 2s 2p 2p σ_1s σ* 1s π_2p σ* 2p σ_2p π* 2p E

(32)

Jakie s

Przyk Przykłładad F₂ [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )_* 2 2 2 * 2 2 2 2 2 2 2 2 * 2 2 2 2 * 1 2 1 2 s s s s p_x p_y p_z p_y p_z N = σ σ σ σ σ π π π π 2s 2s 2s 2s 2s 2s 2p 2p σ_1s σ* 1s π_2p σ* 2p σ_2p π* 2p E

(33)

E σ_2p* π2p* σ2p π2p σ2s* σ2s B₂ C₂ N ₂ O₂ F₂ σ2_s σ2s* σ2_p π2p π2p* σ2_p* Jakie s

para para 121 121 495 495 2 2 dia dia dia dia dia dia para para magnetyczno magnetycznośćść 143 143 110 110 131 131 159 159 D Dłługougośćść 154 154 942 942 620 620 280 280 Energia dysocjacji Energia dysocjacji 1 1 3 3 2 2 1 1 Rz Rząąd wid wiąązaniazania

(34)

Jakie s

1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 0.5 1 1.5 2 2.5 3 rząd wiązania d ługo ść wi ą za n ia O2 2-O₂ -O₂ O₂+ BaO₂ KO₂ O₂PtF₆ przykłady związków

(35)

Cz

Czą_ąsteczki _steczki heteroj

(36)

Jakie s

09_199 H nucleus F nucleus 09_198 E 1s HF molecule H atom F atom 2p σ σ * Przyk Przykłładad HF

(37)

Jakie s

Przyk

(38)

Jakie s

wi

(39)

Jakie s

09_203 H H H H H H H H H H (a) (b) H H 09_202 H H H sp2 C C C C C C sp2 H_1s H H H Przyk Przykłładad C₆H₆

(40)

Jakie s

Przyk