Struktura cząsteczek

• Teoria orbitali

molekularnych

• Diagramy poziomów

energetycznych orbitali

• Polarność wiązań
• Elektroujemność

Teoria wiązań

walencyjnych

Cząsteczka H

2

)

2

(

)

1

(

)

(

)

(

2

1

1

1

B

A

r

r

sB

H

sA

H











Dla odległych od siebie
atomów:

Gdy atomy są blisko siebie:

)

1

(

)

2

(

)

2

(

)

1

(

B

A

B

A







Niższa energia dla funkcji:

)

1

(

)

2

(

)

2

(

)

1

(

B

A

B

A







Pełna funkcja:

)}

1

(

)

2

(

)

2

(

)

1

(

)]{

1

(

)

2

(

)

2

(

)

1

(

[

2

1

















B

A

B

A

Teoria orbitali

molekularnych

R

e

r

e

r

e

m

H

B

A

e

0

2

1

0

2

1

0

2

2

1

2

4

4

4

2

ˆ





















Cząsteczka H

2

+

Liniowa kombinacja orbitali
atomowych (LCAO):

)

(

B

A

N 























d

AB

d

B

d

A

d

















2

N

*

1

2

2

2

1/2

S)}

{2(1

1

N





sB

H

sA

H

1

1

B

A









1/2

3

0

/

1/2

3

0

/

)

a

(

e

B

)

a

(

e

A

0

0





a

-r

a

-r

B

A





2

1

2

2

B

}

cos

2

{

/

A

A

R

r

R

r

r









Orbital wiążący



)

2

(

2

2

2

2

AB

B

A

N











)

(

B

A

N 







Orbital antywiążący

*

)

2

(

2

2

2

2

AB

B

A

N











)

(

B

A

N 







Energie orbitali  i

*

1

4

0

2

1

S

k

j

R

πε

e

E

E

s

H













4

4

0

2

2

0

2

dτ

r

AB

πε

e

k

dτ

r

A

πε

e

j

ABd

S

A

B















S, j, k - dodatnie,
malejące wykładniczo
z R

|

E

|E

|

E

|E

s

H

s

H

1

1











Diagramy poziomów

energetycznych orbitali

molekularnych

H

2

He

2

(hipotetyczn
a)

Rząd wiązania:

b = 1/2(n -

n*)

n - liczba elektronów na
orbitalach wiążących, n* -
na niewiążących

Długości wiązań i

energie dysocjacji

CH

1

114

CC

1

154

Wiązanie Rząd

R/pm

HH

1

74

NN

3

110

CC

2

134

CC

3

120

CH

1

435

CC

1

368

Wiązanie Rząd

R/
(kJ/mol)

HH

1

432

NN

3

942

CC

2

720

CC

3

962

Cząsteczki

dwuatomowe

Orbitale  i *
Ogólnie:

z

z

z

z

p

B

p

B

p

A

p

A

s

B

s

B

s

A

s

A

c

c

c

c

2

2

2

2

2

2

2

2



















W przybliżeniu:

z

z

z

z

p

B

p

B

p

A

p

A

s

B

s

B

s

A

s

A

c

c

c

c

2

2

2

2

2

2

2

2





















Cząsteczki

dwuatomowe

Orbitale 

x

, 

y ,



x

*, 

y

*

(podwójnie
zdegenerowane)

Diagramy poziomów

energetycznych

Metoda LCAO







M

l

l

kl

k

i

c

i

1

)

(

)

(





Przybliżenie
jednoelektronowe

)

(

)...

2

(

)

1

(

.

...

.

.

.

...

.

.

)

(

)...

2

(

)

1

(

)

(

)...

2

(

)

1

(

1

2

2

2

1

1

1

N

N

N

N

N

N

N























)

(

)

(

)

(

i

i

i

s

m

p

p









Parzystość

g, gerade - parzysty

u, ungerade -
nieparzysty

g·g = u·u = g

g·u = u

Dwuatomowe

cząsteczki

heterojądrowe

B

c

A

c

B

A







F

F

H

H

c

c











Wiązanie polarne
(spolaryzowane)

Polarność wiązań

B

c

A

c

B

A







c

A

= c

B

:

wiązanie

kowalencyjne

c

A

 c

B

:

wiązanie

spolaryzowane

c

A

lub c

B

=0: wiązanie

jonowe

O

2

, N

2

, Cl

2

HBr, HCl, HF

CsJ, NaCl

Elektroujemność

Pauling:

2

1

)]}

(

)

(

[

2

1

)

(

{

102

.

0

|

|

/

B

A

B

B

D

A

A

D

B

A

D



















Mulliken:

)

(

2

1

E

I

M







D - energia dysocjacji
wiązania

I - potencjał jonizacji

E - powinowactwo
elektronowe

Elektroujemność

Wartości elektroujemności wg
Paulinga

Pierwiastek



P

H

2.20

C

2.55

N

3.04

O

3.44

F

3.98

Cl

3.16

Cs

0.79

Ge

2.01

Al

1.61

Mg

1.31

Na

0.93

a) 1

2

, b=1;

b) 1

2

2*

2

, b=0;

c) 1

2

2*

2

1

4

, b=2

Podaj konfigurację elektronową
i rząd wiązania dla
następujących cząsteczek: a)
Li

2

; b) Be

2

; c) C

2

Podaj konfigurację elektronową i
rząd wiązania dla następujących
cząsteczek: a) CO; b) NO; c) CN

-

a) 1

2

2*

2

1

4

3

2

, b=3 (izoelektronowa z

N

2

);

b) 1

2

2*

2

1

4

3

2

1*

1

, b=2.5;

c) 1

2

2*

2

1

4

3

2

, b=3 (izoelektronowa z

N

2

)

Która z molekuł będzie miała
większą energię dysocjacji
wiązania: a) B

2

b) C

2

a) konfiguracja 1

2

2*

2

1

2

, b=1

b) 1

2

2*

2

1

4

, b=2; a więc większa energia

wiązania

W której z cząsteczek jest krótsze
wiązanie: NO czy w N

2

?

a) NO: 1

2

2*

2

1

4

3

2

1*

1

, b=2.5

b) 1

2

2*

2

1

4

3

2

, b=3 => dłuższe

wiązanie.