SiMR W8 wiazania


Zjonizowana cząsteczka wodoru H2+ - elektron i dwa protony
Energia potencjalna
elektronu w polu
elektrycznym dwu
protonów
2 2 2
Hamiltonian cząsteczki  suma energii
Ć Ć Ć # ś#
pe p1 p2 e2 ś# 1 1 1
$ = + + + - - ź#
kinetycznej elektronu i dwu protonów oraz
2me 2mp 2mp 4Ą0 ś# r0 r1 r2 ź# elektrostatycznej energii potencjalnej.
# #
2
Ć # ś#
pe e2 1 1 e2 Przybliżenie nieruchomych jąder (protonów).
$e = - ś# ź#
+ +
Hamiltonian elektronu  energia kinetyczna i
2me 4Ą0 ś# r1 r2 ź# 4Ą0r0 elektrostatyczna energia potencjalna.
# #
Równanie Schrdingera dla funkcji falowej elektronu.
$e = Ee
e e
Odległość między protonami r0 jest traktowana jako stała.
Funkcja falowa elektronu w cząsteczce H2+
Symetryczna Antysymetryczna
1 Ą# r1 r2 ń# 1 Ą# r1 r2 ń#
# ś# ś# # ś# ś#
S =
ś# ś#
ó#expś#- ź# + exp#- ź#Ą# A = ó#expś#- ź# - exp#- ź#Ą#
a a a a
# # # # # # # #
2Ąa3 Ł# Ś# 2Ąa3 Ł# Ś#
Złożenie dwu orbitali
stanu podstawowego
1s atomu wodoru 
każdy skupiony
wokół innego z dwu
protonów.
Gęstość
prawdopodobieństwa
znalezienia elektronu
wokół protonów.
orbital wiążący
orbital antywiążący
duże prawdopodobieństwo
małe prawdopodobieństwo
znalezienia elektronu
znalezienia elektronu
między protonami
między protonami.
1
Orbitale molekularne - cząsteczka H2+
Wiążący orbital molekularny
Antywiążący orbital molekularny
a) amplituda, b) wykres konturowy 
a) amplituda, b) wykres konturowy 
poziomice stałej amplitudy.
poziomice stałej amplitudy.
Cząsteczka H2+ - zależność energii od odległości między protonami
Rozszczepienie poziomu energii atomu wodoru
na dwa poziomy energii cząsteczki H2+
niższy wiążący i wyższy antywiążący.
Up energia potencjalna odpychania protonów
EA energia elektronu na orbitalu antywiążącym
ES energia elektronu na orbitalu wiążącym
Up+EA energia układu z elektronem na orbitalu
antywiążącym  jest wyższa niż elektronu w
stanie podstawowym atomu wodoru, nie ma
minimum.
Up+ES energia układu z elektronem na orbitalu
wiążącym  tworzy się cząsteczka H2+
Energia cząsteczki jest minimalna, gdy odległość
między protonami jest r0=0,106 nm
Energia wiązania 2,7 eV.
2
Wiązanie kowalencyjne  cząsteczka H2
W atomie wodoru elektron 1s ma energię -13,6 eV.
Tworzenie się wiązania
W cząsteczce wodoru dwa elektrony na orbitalu
między dwoma atomami
wiążącym mają energię niższą niż -27,2 eV.
wodoru - cząsteczka H2
Energia ma minimum, gdy odległość między
protonami jest 0,074 nm, energia wiązania 4,5 eV.
Cząsteczki dwuatomowe  wiązanie tworzone przez elektrony z orbitali p
Atom azotu ma 3 elektrony 2p. Wiązanie w
cząsteczce azotu N2 składa się z trzech
orbitali wiążących jednego  i dwu Ą. Energia
wiązania 9,8 eV.
Atom tlenu ma 4 elektrony 2p. Cząsteczka
Nałożenie dwu orbitali atomowych p o
O2 ma dodatkowo zapełniony jeden orbital
kierunku osi cząsteczki tworzy orbital
antywiążący p  energia wiązania 5,1 eV.
molekularny  o symetrii osiowej.
Atom fluoru ma 5 elektronów 2p. Cząsteczka
Nałożenie dwu orbitali atomowych p o
F2 ma zapełnione dwa orbitale antywiążące 
kierunku prostopadłym do osi cząsteczki
energia wiązania 1,6 eV.
tworzy orbital molekularny Ą.
Wiązanie Ą jest słabsze od wiązania .
3
Cząsteczka wody H2O
Wiązania  z nałożenia orbitali atomowych H 1s i O 2p.
Dwie wolne pary elektronów walencyjnych pozostają przy
atomie tlenu. Wiązanie jest kierunkowe. Cząsteczka wody
jest dipolem elektrycznym.
Kierunkowość wiązań kowalencyjnych
Przekrywanie się orbitali  wodorowych s i
p sąsiednich atomów: a) oddziaływanie
znosi się, b) efektywne przekrywanie s i py
Fulleren C60
4
Hybrydyzacja
Obniżenie energii dla przekrywania się większej ilości orbitali  hybrydyzacja.
Kształty orbitali po hybrydyzacji muszą być jednakowe !
Hybrydyzacja sp3
Elektron jest przenoszony
ze orbitalu s na p.
Orbital s i 3 orbitale p
mieszają się i tworzą 4
jednakowe orbitale sp3.
Hybrydyzacja sp3
Cząsteczka metanu NH4
5
Hybrydyzacja sp2
Grafit
kąt 120
Hybrydyzacja sp
Cząsteczki o budowie liniowej
Acetylen C2H2
kąt 180
6
Wiązanie jonowe
KCl
LiF
7
Wiązanie jonowe
energia odpychania
e2 A
energia dysocjacji
Ed = E+ + E- - +
przy przekrywaniu
4Ą0r rn-1
powłok elektronowych
energia jonizacji
elektrostatyczna energia przyciągania
powinowactwo elektronowe
NaCl
Siły i energia potencjalna w zależności od odległości między jonami o
przeciwnych ładunkach
Siła przyciągania elektrostatycznego
Fattr ~ -r-2
Siła odpychania przy przekrywaniu
powłok elektronowych Frep~ r-n
Wartość wykładnika n zależy od
rdzenia jonu: [He] n=5, [Ne] n=7,
[Ar] n=9, [Kr] n=10, [Xe] n=12
Minimum energii sieciowej:
N AZ+Z-e2 1
#1- ś#
A
Emin = -
ś# ź#
4Ą0a0 # n
#
równanie Borna-Land
8
Kryształy jonowe
Sól kuchenna  chlorek sodu
NaCl CsCl
Struktura ciasnego upakowania
Kryształy jonowe są kruche  pękają pod wpływem naprężeń
Wiązanie wodorowe
-Atom wodoru wiąże się z dwoma innymi atomami
-Elektron z wodoru prawie całkowicie przeniesiony
na silnie elektroujemny atom
-Proton może przyciągnąć kolejny ujemnie
naładowany atom
Symetryczne: A-H-A
Antysymetryczne: A-H...B
9
Wiązanie wodorowe:
oddziaływanie między spolaryzowany wiązaniem A__H a
centrum protono-akceptorowym B: - +
A___H.....B
donorem protonu A__H może być OH, NH, SH, CH ....
silne wiązanie, gdy B jest elektroujemnym atomem (O, N, F, S) i
ma wolną parę elektronową (energia wiązania około 0,3 eV)
atom wodoru pozbawiony elektronu jest gołym protonem
następuje nakrywanie chmur elektronowych A i B ściąganych
przez proton mostkowy pozbawiony elektronu
odległość między jądrami atomów A i B jest mniejsza od sumy
promieni van der Waalsa tych atomów nawet o 0,06 nm
potencjał odpychania narasta mniej stromo niż w innych
wiązaniach
może pojawić się drugie minimum potencjału dla protonu
możliwe przeniesienie protonu w wiązaniu od A do B
Wiązanie wodorowe
10
Wiązanie molekularne Van der Waalsa
-Występuje zawsze
-Wiąże atomy o zamkniętych powłokach,
nasycone cząsteczki (kryształy molekularne)
-Duży promień atomowy
-yródło: fluktuacje ładunku w atomach,
indukowany moment dipolowy atomów i
Zależność energii potencjalnej od
cząsteczek
odległości w wiązaniu Van der
Waalsa może być przybliżona
potencjałem Lennarda-Jonesa
Wiązanie metaliczne
-Funkcje falowe zewnętrznych elektronów
ulegają przekrywaniu
-Konsekwencją przekrywania się jest
rozszczepienie poziomów i utworzenie pasma
-Chmura elektronowa rozkłada się na cały
kryształ poprzez przyciąganie elektronów do
kolejnych jąder atomowych
-Nie ma wyróżnionego kierunku wiązania
(struktura krystaliczna związana z
upakowaniem w przestrzeni)
 Morze swobodnych elektronów pomiędzy  rdzeniami atomowymi o ładunku dodatnim
11
Wiązanie metaliczne
Metale grupy 1 wnoszą do wiązania tylko po
jednym elektronie  niska temperatura
topnienia (np. sód Na 98C)
Im więcej elektronów bierze udział w
wiązaniu, tym silniejsze wiązanie (np.
magnez Mg  2 elektrony - 650C)
Własności metali:
-dobre przewodnictwo elektryczne
-dobre przewodnictwo cieplne
-własności mechaniczne (twardość,
wytrzymałość itp.)
Klasyfikacja ciał stałych na podstawie typu wiązań
Rozkład przestrzenny elektronów walencyjnych
12
Korelacja między
energią spójności
(kohezji) a temperaturą
topnienia ciał stałych
Temperatury topnienia
ciał stałych o różnych
rodzajach wiązań
13


Wyszukiwarka