PrintWyklad 17 czasteczki-orbitale

3.

3.

Co to jest wi

Co to jest wi

ą

ą

zanie chemiczne?

zanie chemiczne?

1.

1.

Dlaczego atomy

Dlaczego atomy

łą

łą

cz

cz

ą

ą

si

si

ę

ę

w cz

w cz

ą

ą

steczki?

steczki?

2.

2.

Jak atomy

Jak atomy

łą

łą

cz

cz

ą

ą

si

si

ę

ę

w cz

w cz

ą

ą

steczki?

steczki?

Cz

Cz

ą

ą

steczki

steczki

Co to jest rz

Co to jest rząąd wid wiąązania?zania? Jakie s

Jakie sąątypy witypy wiąązazańń??

Dlaczego atomy

Dlaczego atomy

łą

łą

cz

cz

ą

ą

si

si

ę

ę

?

?

„

„

Opis termodynamiczny

Opis termodynamiczny

„

Cz

Cz

ą

ą

steczki

steczki

homoj

homoją

ądrowe

drowe

Jak atomy

Jak atomy łą

łącz

czą

ą

się

si

ę?

?

Liniowa kombinacja orbitali atomowych (LCAO)

Weźmy 2 atomy wodory i utwórzmy molekułę H2

b b a a

c

c

ψ

ψ

ψ

=

+

Jak utworzy

Jak utworzy

ć

ć

orbital

orbital

molekularny?

molekularny?

+

Jak atomy

Jak atomy łą

łącz

czą

ą

się

si

ę?

?

b e a e ab b e a e b e a e

T

V

V

V

V

T

H

ˆ

=

ˆ

_,

+

ˆ

_,

+

ˆ

₋

+

ˆ

₋

+

ˆ

+

ˆ

_{, − ,}

Jak

Jak

ą

ą

posta

posta

ć

ć

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

Jak atomy

Jak atomy łą

łącz

czą

ą

się

si

ę?

?

Jak

Jak

ą

ą

posta

posta

ć

ć

ma funkcja falowa moleku

ma funkcja falowa moleku

ł

ł

y H

y H

₂₂

?

?

)

1

(

)

1

(

s

c

s

c

_a

_a

_b

_b

MO

ψ

ψ

ψ

=

+

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

Ca

Całła sztuka przy poszukiwaniu funkcji falowej a sztuka przy poszukiwaniu funkcji falowej ΨΨ_MOMO

sprowadza si

sprowadza sięę zatem do poszukania wartozatem do poszukania wartośści ci wsp

Jak atomy

Jak atomy łą

łącz

czą

ą

się

si

ę?

?

Jak

Jak

ą

ą

posta

posta

ć

ć

ma funkcja falowa moleku

ma funkcja falowa moleku

ł

ł

y H

y H

₂₂

?

?

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,

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

atomowych powstająą zawsze 2 orbitale molekularne, zawsze 2 orbitale molekularne, itditd……

Jak atomy

Jak atomy

łą

łą

cz

cz

ą

ą

si

si

ę

ę

?

?

Jak

Jakąąpostapostaććma gma gęęstostośćśćprawdopodobieprawdopodobieńństwastwa

Ψ Ψ22 MO MOmolekumolekułły Hy H22??

(

)

(

)

(

)

(

(

1

)

(

1

)

2

(

1

)

(

1

)

)

)

1

(

)

1

(

)

1

(

)

1

(

2

)

1

(

)

1

(

)

1

(

)

1

(

2 2 2 2 2 2 1 , 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

−

+

=

=

+

=

+

+

=

=

+

=

Co to jest wi

Co to jest wi

ą

ą

zanie?

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

Co to jest wi

Co to jest wi

ą

ą

zanie?

zanie?

1s_a 1s_b osłabienie - wygaszenie

)

1

(

)

1

(

1 , a

s

b

s

MO

ψ

ψ

ψ

=

−

a b + - +

-Co to jest wi

Co to jest wi

ą

ą

zanie?

zanie?

wzmocnienie 2 1 , MO

ψ

osłabienie r g ę st o ść pr a w dop odob ie ń st w a a b r g ę st o ść pr aw do po do bi eń st w a a b

Co to jest wi

Co to jest wi

ą

ą

zanie?

zanie?

orbital antywiążący

orbital wiążący

Co to jest wi

Co to jest wi

ą

ą

zanie?

zanie?

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

Electron probability distri

+

+

+

+

(b) H_a H₂ H_b 1s_a 1s_b

Co to jest wi

Co to jest wi

ą

ą

zanie?

zanie?

* 1 2 , 1 1 , s MO s MO

σ

ψ

σ

ψ

=

=

orbitalorbitalwiwiążąążącycy orbital

orbital antywiantywiążąążącycy

Reguły zapełniania orbitali molekularnych: ‰ minimum energii

‰ zakaz Pauliego ‰ reguła Hunda

Co to jest rz

Co to jest rz

ą

ą

d wi

d wi

ą

ą

zania?

zania?

R=

nena orbitalu wiążącym - nena orbitalu antywiążącym

2

2

* e e

n

n

R

=

−

Jak przewidywa

Jak przewidywa

ć

ć

trwa

trwa

ł

ł

o

o

ść

ść

moleku

moleku

ł?

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

1

2

0

2

−

₌

=

R

1s 1s H H

Która cząsteczka istnieje?

H₂+ _H

2 He2+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2

Która cząsteczka jest bardziej trwała?

[ ]

( )

2 1 2 s H =

σ

Jak przewidywa

Jak przewidywa

ć

ć

trwa

trwa

ł

ł

o

o

ść

ść

moleku

moleku

ł?

ł

?

σ_1s σ* 1s

1

2

0

2

−

₌

=

R

Która cząsteczka istnieje?

H₂+ _H

2 He2+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2

Która cząsteczka jest bardziej trwała? 2 1

2

0

1

−

₌

=

R

Jak przewidywa

Jak przewidywa

ć

ć

trwa

2 1

2

1

2

−

₌

=

R

1s 1s He He+

Która cząsteczka istnieje?

H₂+ _H 2 He2+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2

[ ]

( ) ( )

_* 1 1 2 1 2 s s He+ =

σ

σ

Jak przewidywa

Jak przewidywa

ć

ć

trwa

trwa

ł

ł

o

o

ść

ść

moleku

moleku

ł?

ł

?

σ_1s σ* 1s

0

2

2

2

=

−

=

R

1s 1s He He+

Która cząsteczka istnieje?

H₂+ _H 2 He2+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2 He₂nie istnieje

[ ]

( ) ( )

_* 2 1 2 1 2 s s He =

σ

σ

Jak przewidywa

Jak przewidywa

ć

ć

trwa

trwa

ł

ł

o

o

ść

ść

moleku

moleku

ł?

ł

?

σ_1s σ*

2 1

2

2

3

−

₌

=

R

1s 1s Li Li+

Która cząsteczka istnieje?

H₂+ _H 2 He2+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2 2s 2s

[ ]

( ) ( ) ( )

1 2 2 * 1 2 1 2 s s s Li+ =

σ

σ

σ

Jak przewidywa

Jak przewidywa

ć

ć

trwa

trwa

ł

ł

o

o

ść

ść

moleku

moleku

ł?

ł

?

σ1s σ* 1s σ_2s σ* 2s

1

2

2

4

=

−

=

R

1s 1s Li Li

Która cząsteczka istnieje?

H₂+ _H 2 He2+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2 2s 2s

[ ]

( ) ( ) ( )

2 2 2 * 1 2 1 2 s s s Li =

σ

σ

σ

Która cząsteczka jest bardziej trwała?

Jak przewidywa

Jak przewidywa

ć

ć

trwa

trwa

ł

ł

o

o

ść

ść

moleku

moleku

ł?

ł

?

σ_1s σ* 1s σ_2s σ* 2s

2 1

2

3

4

−

₌

=

R

1s 1s Be Be+

Która cząsteczka istnieje?

H₂+ _H 2 He2+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2 2s 2s

[ ]

( ) ( ) ( ) ( )

_* 1 2 2 2 2 * 1 2 1 2 s s s s Be+ =

σ

σ

σ

σ

Jak przewidywa

Jak przewidywa

ć

ć

trwa

trwa

ł

ł

o

o

ść

ść

moleku

moleku

ł?

ł

?

σ_1s σ* 1s σ_2s σ* 2s

0

2

4

4

=

−

=

R

1s 1s Be Be

Która cząsteczka istnieje?

H₂+ _H 2 He2+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2 2s 2s

[ ]

( ) ( ) ( ) ( )

_* 2 2 2 2 2 * 1 2 1 2 s s s s Be+ =

σ

σ

σ

σ

Be₂nie istnieje

Jak przewidywa

Jak przewidywa

ć

ć

trwa

trwa

ł

ł

o

o

ść

ść

moleku

moleku

ł?

ł

?

σ_1s σ* 1s σ_2s σ* 2s

Jakie s

Jakie s

ą

ą

typy wi

typy wi

ą

ą

za

za

ń

ń

?

?

09_190 2py 2py 2px 2px Antibonding Bonding σ2p σ*2p Antibonding Bonding π*2p π2p (b) (a)

Jakie typy orbitali molekularnych tworz

Jakie typy orbitali molekularnych tworz

ą

ą

si

si

ę

ę

z orbitali atomowych typu p?

z orbitali atomowych typu p?

Jakie s

Jakie s

ą

ą

typy wi

typy wi

ą

ą

za

za

ń

ń

?

?

Jakie typy orbitali molekularnych tworz

Jakie typy orbitali molekularnych tworz

ą

ą

si

si

ę

ę

z orbitali atomowych typu

z orbitali atomowych typu

π

π

?

?

(a)

B B

π _π

Jakie s

Jakie s

ą

ą

typy wi

typy wi

ą

ą

za

za

ń

ń

?

?

Z jakich orbitali tworz

Z jakich orbitali tworz

ą

ą

si

si

ę

ę

wi

wi

ą

ą

zania

zania

σ

σ

?

?

s s

+

s-orbital s-orbital σ-bonding MO

p p

+

p-orbital p-orbital σ-bonding MO

s p

s-orbital

+

p-orbital σ-bonding MO

Jakie s

Jakie s

ą

ą

typy wi

typy wi

ą

ą

za

za

ń

ń

?

?

Z jakich orbitali tworz

Z jakich orbitali tworz

ą

ą

si

si

ę

ę

wi

wi

ą

ą

zania

zania

π

π

?

?

Jakie s

Jakie s

ą

ą

typy wi

typy wi

ą

ą

za

za

ń

ń

?

?

Przyk

Przyk

ł

ł

ad

ad

(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 σ1s σ* 1s 2p 2p π2p σ_2p π* 2p

Jakie s

Jakie s

ą

ą

typy wi

typy wi

ą

ą

za

za

ń

ń

?

?

Przyk

Przyk

ł

ł

ad

ad

N₂

[ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( )

( )

2 2 2 2 2 2 2 * 2 2 2 2 * 1 2 1 2 s s s s px py pz N = σ σ σ σ σ π π 2s 2s 2s 2s 2s 2s 2p 2p σ_1s σ* 1s π_2p σ* 2p σ2p π* 2p E

Jakie s

Jakie s

ą

ą

typy wi

typy wi

ą

ą

za

za

ń

ń

?

?

Przyk

Przyk

ł

ł

ad

ad

O₂

[ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( )

( )

( )

( )

_* 1 2 1 * 2 2 2 2 2 2 2 2 * 2 2 2 2 * 1 2 1 2 s s s s px py pz py pz N =σ σ σ σ σ π π π π 2s 2s 2s 2s 2s 2s 2p 2p σ1s σ* 1s π_2p σ* 2p σ2p π* 2p E

Jakie s

Jakie s

ą

ą

typy wi

typy wi

ą

ą

za

za

ń

ń

?

?

Przyk

Przyk

ł

ł

ad

ad

F₂

[ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( )

( )

( )

( )

_* 2 2 2 * 2 2 2 2 2 2 2 2 * 2 2 2 2 * 1 2 1 2 s s s s px py pz py pz 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 σ2p π* 2p E

E σ2p* π2p* σ2p π2p σ2s* σ2s B2 C2 N2 O2 F2 σ2s σ2s* σ2p π2p π2p* σ2p*

Jakie s

Jakie s

ą

ą

typy wi

typy wi

ą

ą

za

za

ń

ń

?

?

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

Jakie s

Jakie s

ą

ą

typy wi

typy wi

ąza

ą

za

ń?

ń

?

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 zan ia O2 2-O₂ -O₂ O₂+ BaO₂ KO₂ O₂PtF₆ przykłady związków

Cz

Cz

ą

ą

steczki

steczki

heteroj

heteroją

ądrowe

drowe

Jakie s

Jakie s

ą

ą

typy wi

typy wi

ą

ą

za

za

ń

ń

?

?

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

Przyk

Przyk

ł

ł

ad

ad

HF

Jakie s

Jakie s

ą

ą

typy wi

typy wi

ą

ą

za

za

ń

ń

?

?

Przyk