WYKŁAD 11

1

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Dwuatomowe cząsteczki homojądrowe

Dwuatomowe cząsteczki homojądrowe

ORBITALE MOLEKULARNE

ORBITALE MOLEKULARNE

WYKŁAD 11

2

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

KOMBINACJA LINIOWA ORBITALI ATOMOWYCH

KOMBINACJA LINIOWA ORBITALI ATOMOWYCH

(LCAO)

(LCAO)

WYKŁAD 11

3

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

zwiększona wartość

zwiększona wartość

funkcji falowej

funkcji falowej

Orbital wiążący

Orbital wiążący

WYKŁAD 11

4

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

zmniejszona wartość

zmniejszona wartość

funkcji falowej

funkcji falowej

powierzchnia

powierzchnia

węzłowa

węzłowa

Orbital antywiążący

Orbital antywiążący

powierzchnia

powierzchnia

węzłowa

węzłowa

WYKŁAD 11

5

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

orbital antywiążący

orbital antywiążący

orbital wiążący

orbital wiążący

WYKŁAD 11

6

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Schematy nakładania się orbitali. Uproszczone wykresy kwadratu

Schematy nakładania się orbitali. Uproszczone wykresy kwadratu

części kątowej orbitali |Y(

części kątowej orbitali |Y(

θ

θ

,

,

φ

φ

)|

)|

2

2

WYKŁAD 11

7

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Schematy nakładania się orbitali. Uproszczone wykresy kwadratu

Schematy nakładania się orbitali. Uproszczone wykresy kwadratu

części kątowej orbitali |Y(

części kątowej orbitali |Y(

θ

θ

,

,

φ

φ

)|

)|

2

2

WYKŁAD 11

8

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

orbitale atomowe

orbitale atomowe

orbitale molekularne

orbitale molekularne

symbol orbitalu

symbol orbitalu

molekularnego

molekularnego

Kontury orbitali molekularnych – powierzchnie ograniczające przestrzeń, w

Kontury orbitali molekularnych – powierzchnie ograniczające przestrzeń, w

której prawdopodobieństwo napotkania elektronu wynosi 0,9.

której prawdopodobieństwo napotkania elektronu wynosi 0,9.

WYKŁAD 11

9

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

orbitale atomowe

orbitale atomowe

orbitale molekularne

orbitale molekularne

symbol orbitalu

symbol orbitalu

molekularnego

molekularnego

Kontury orbitali molekularnych – powierzchnie ograniczające przestrzeń, w

Kontury orbitali molekularnych – powierzchnie ograniczające przestrzeń, w

której prawdopodobieństwo napotkania elektronu wynosi 0,9.

której prawdopodobieństwo napotkania elektronu wynosi 0,9.

WYKŁAD 11

10

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

orbitale atomowe

orbitale atomowe

orbitale molekularne

orbitale molekularne

symbol orbitalu

symbol orbitalu

molekularnego

molekularnego

Kontury orbitali molekularnych – powierzchnie ograniczające przestrzeń, w

Kontury orbitali molekularnych – powierzchnie ograniczające przestrzeń, w

której prawdopodobieństwo napotkania elektronu wynosi 0,9.

której prawdopodobieństwo napotkania elektronu wynosi 0,9.

WYKŁAD 11

11

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Orbitale cząsteczkowe

Orbitale cząsteczkowe

stanowiące kombinację

stanowiące kombinację

liniową orbitali

liniową orbitali

atomowych 1s

atomowych 1s

Konfiguracja

Konfiguracja

elektronowa

elektronowa

cząsteczki H

cząsteczki H

2

2

Konfiguracja

Konfiguracja

elektronowa

elektronowa

hipotetycznej

hipotetycznej

cząsteczki He

cząsteczki He

2

2

WYKŁAD 11

12

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

σ

σ

*

*

2s

2s

σ

σ

2s

2s

π

π

2p

2p

σ

σ

2p

2p

π

π

*

*

2p

2p

σ

σ

*

*

2p

2p

WYKŁAD 11

13

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

σ

σ

*

*

2s

2s

σ

σ

2s

2s

π

π

2p

2p

σ

σ

2p

2p

π

π

*

*

2p

2p

σ

σ

*

*

2p

2p

WYKŁAD 11

14

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Orbitale molekularne N

Orbitale molekularne N

2

2

Rząd wiązania =

Rząd wiązania =

½

½

(liczba elektronów wiążących

(liczba elektronów wiążących

–

–

liczba elektronów antywiążących)

liczba elektronów antywiążących)

RW =

RW =

½

½

(LEW – LEA)

(LEW – LEA)

RW (N

RW (N

2

2

) =

) =

½

½

(8 – 2) = 3

(8 – 2) = 3

Konfiguracja elektronowa N

Konfiguracja elektronowa N

2

2

KK (

KK (

σ

σ

2s)

2s)

2

2

(

(

σ

σ

*

*

2s)

2s)

2

2

(

(

π

π

2p

2p

x

x

)

)

2

2

(

(

π

π

2p

2p

y

y

)

)

2

2

(

(

σ

σ

2p

2p

z

z

)

)

2

2

WYKŁAD 11

15

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Orbitale molekularne O

Orbitale molekularne O

2

2

RW =

RW =

½

½

(LEW – LEA)

(LEW – LEA)

RW (O

RW (O

2

2

) =

) =

½

½

(8 – 4) = 2

(8 – 4) = 2

Konfiguracja elektronowa O

Konfiguracja elektronowa O

2

2

KK (

KK (

σ

σ

2s)

2s)

2

2

(

(

σ

σ

*

*

2s)

2s)

2

2

(

(

π

π

2p

2p

x

x

)

)

2

2

(

(

π

π

2p

2p

y

y

)

)

2

2

(

(

σ

σ

2p

2p

z

z

)

)

2

2

(

(

π

π

*

*

2p

2p

x

x

)

)

1

1

(

(

π

π

*

*

2p

2p

y

y

)

)

1

1

WYKŁAD 11

16

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Orbitale molekularne F

Orbitale molekularne F

2

2

RW =

RW =

½

½

(LEW – LEA)

(LEW – LEA)

RW (F

RW (F

2

2

) =

) =

½

½

(8 – 6) = 1

(8 – 6) = 1

Konfiguracja elektronowa F

Konfiguracja elektronowa F

2

2

KK (

KK (

σ

σ

2s)

2s)

2

2

(

(

σ

σ

*

*

2s)

2s)

2

2

(

(

π

π

2p

2p

x

x

)

)

2

2

(

(

π

π

2p

2p

y

y

)

)

2

2

(

(

σ

σ

2p

2p

z

z

)

)

2

2

(

(

π

π

*

*

2p

2p

x

x

)

)

2

2

(

(

π

π

*

*

2p

2p

y

y

)

)

2

2

WYKŁAD 11

17

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

WYKŁAD 11

18

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Dwuatomowe cząsteczki heterojądrowe

Dwuatomowe cząsteczki heterojądrowe

ORBITALE MOLEKULARNE

ORBITALE MOLEKULARNE

WYKŁAD 11

19

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

CZĄSTECZKI HETEROJĄDROWE

CZĄSTECZKI HETEROJĄDROWE







B

A

c

c







B

A

c

c

Różnice energii jonizacji atomów

Różnice energii jonizacji atomów

I

I

A

A

< I

< I

B

B

WYKŁAD 11

20

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Schemat orbitali molekularnych cząsteczki LiH

Schemat orbitali molekularnych cząsteczki LiH

WYKŁAD 11

21

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Schemat orbitali molekularnych cząsteczki HF

Schemat orbitali molekularnych cząsteczki HF

WYKŁAD 11

22

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

PRZYBLIŻONE KRYTERIUM DOŚWIADCZALNE

PRZYBLIŻONE KRYTERIUM DOŚWIADCZALNE

Przesunięcie ładunku – moment dipolowy

Przesunięcie ładunku – moment dipolowy

l

-e

-e

+e

+e

l

-

-





+

+





e

e

.

.

l

l





=

=





.

.

l

l

WYKŁAD 11

23

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

ELEKTROUJEMNOŚĆ według Paulinga

ELEKTROUJEMNOŚĆ według Paulinga

Energie jonizacji cząsteczek dwuatomowych

Energie jonizacji cząsteczek dwuatomowych

D

D

A-A

A-A

D

D

B-B

B-B

D

D

A-B

A-B

Im bardziej kowalencyjne

Im bardziej kowalencyjne

tym bardziej średnia geometryczna

tym bardziej średnia geometryczna

BB

AA

AB

x

D

D

D









0

lim

1

1018

.

0



















mol

kJ

D

D

D

x

x

x

BB

AA

AB

B

A

WYKŁAD 11

24

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

WYKŁAD 11

25

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

ELEKTROUJEMNOŚĆ według Allred i Rochow

ELEKTROUJEMNOŚĆ według Allred i Rochow

Wykorzystanie koncepcji Slatera

Wykorzystanie koncepcji Slatera

744

.

0

359

.

0

2







r

S

Z

x

Z-S

- efektywna liczba atomowa

- efektywna liczba atomowa

r

- promień atomowy [

- promień atomowy [

Å

Å

]

]

% charakter jonowy = 16|x

% charakter jonowy = 16|x

A

A

-x

-x

B

B

| + 3.5|x

| + 3.5|x

A

A

-x

-x

B

B

|

|

2

2

WYKŁAD 11

26

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Momenty dipolowe fluorowców

Momenty dipolowe fluorowców

WYKŁAD 11

27

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Zależność pomiędzy udziałem charakteru jonowego w wiązaniu a

Zależność pomiędzy udziałem charakteru jonowego w wiązaniu a

różnicą elektoujemności x

różnicą elektoujemności x

A

A

-x

-x

B

B

WYKŁAD 11

28

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

HYBRYDYZACJA ORBITALI

HYBRYDYZACJA ORBITALI

WYKŁAD 11

29

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Symetria CH

Symetria CH

4

4

nie jest zgodna

nie jest zgodna

z symetrią orbitali opisujących

z symetrią orbitali opisujących

elektrony walencyjne atomu C

elektrony walencyjne atomu C

[C]: [He]2s

[C]: [He]2s

2

2

2p

2p

2

2

Struktura przestrzenna cząsteczki CH

Struktura przestrzenna cząsteczki CH

4

4

WYKŁAD 11

30

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Hybrydyzacja sp

Hybrydyzacja sp

3

3

Hybrydyzacja

Hybrydyzacja

Utworzenie nowego zespołu orbitali atomowych

Utworzenie nowego zespołu orbitali atomowych

poprzez wymieszanie (czyli kombinację liniową)

poprzez wymieszanie (czyli kombinację liniową)

orbitali z powłoki walencyjnej

orbitali z powłoki walencyjnej

t

t

1

1

=

=

½

½

(2

(2

s C

s C

+ 2p

+ 2p

x C

x C

+ 2p

+ 2p

y C

y C

+ 2p

+ 2p

z C

z C

)

)

t

t

2

2

=

=

½

½

(2

(2

s C

s C

+ 2p

+ 2p

x C

x C

- 2p

- 2p

y C

y C

- 2p

- 2p

z C

z C

)

)

t

t

3

3

=

=

½

½

(2

(2

s C

s C

- 2p

- 2p

x C

x C

+ 2p

+ 2p

y C

y C

- 2p

- 2p

z C

z C

)

)

t

t

4

4

=

=

½

½

(2

(2

s C

s C

- 2p

- 2p

x C

x C

- 2p

- 2p

y C

y C

+ 2p

+ 2p

z C

z C

)

)

WYKŁAD 11

31

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Przestrzenne rozmieszczenie orbitali zhybrydyzowanych.

Przestrzenne rozmieszczenie orbitali zhybrydyzowanych.

Hybrydyzacja sp

Hybrydyzacja sp

3

3

WYKŁAD 11

32

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Nakładanie się zhybrydyzowanych orbitali atomu węgla z orbitalami

Nakładanie się zhybrydyzowanych orbitali atomu węgla z orbitalami

1s

1s

czterech atomów wodoru w cząsteczce metanu

czterech atomów wodoru w cząsteczce metanu

WYKŁAD 11

33

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Przestrzenne rozmieszczenie wiązań i wolnej pary elektronowej

Przestrzenne rozmieszczenie wiązań i wolnej pary elektronowej

w cząstecze NH

w cząstecze NH

3

3

WYKŁAD 11

34

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Przestrzenne rozmieszczenie wiązań i wolnych par elektronowych

Przestrzenne rozmieszczenie wiązań i wolnych par elektronowych

w cząstecze H

w cząstecze H

2

2

O

O

WYKŁAD 11

35

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

STRUKTURA ELEKTRONOWA CZĄSTECZKI NH

STRUKTURA ELEKTRONOWA CZĄSTECZKI NH

3

3

i jej właściwości

i jej właściwości

N: He, 2s

N: He, 2s

2

2

p

p

3

3

sp

sp

3

3

He, t

He, t

1

1

1

1

, t

, t

2

2

1

1

, t

, t

3

3

1

1

, t

, t

4

4

2

2

5e = 5e

5e = 5e

(1+3)

(1+3)





= 4t

= 4t

Elektroujemność:

Elektroujemność:

N = 3.07

N = 3.07

H = 2.20

H = 2.20





= 0.87

= 0.87





= 1.48D

= 1.48D

Rozpuszczalnik elektrolitów

Rozpuszczalnik elektrolitów

- słabe kwasy

- słabe kwasy





- słabe zasady

- słabe zasady





WYKŁAD 11

36

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

STRUKTURA ELEKTRONOWA CZĄSTECZKI H

STRUKTURA ELEKTRONOWA CZĄSTECZKI H

2

2

O

O

O: He, 2s

O: He, 2s

2

2

p

p

4

4

sp

sp

3

3

He, t

He, t

1

1

1

1

, t

, t

2

2

1

1

, t

, t

3

3

2

2

, t

, t

4

4

2

2

6e = 6e

6e = 6e

(1+3)

(1+3)





= 4t

= 4t

Elektroujemność:

Elektroujemność:

O = 3.50

O = 3.50

H = 2.20

H = 2.20





= 1.30

= 1.30





= 1.86D

= 1.86D

Rozpuszczalnik elektrolitów

Rozpuszczalnik elektrolitów

H

H

2

2

O + H

O + H

2

2

O = H

O = H

3

3

O

O

+

+

+ OH

+ OH

-

-

Akwakompleksy

Akwakompleksy

[Al(H

[Al(H

2

2

O)

O)

6

6

]

]

3+

3+

WYKŁAD 11

37

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

HYBRYDYZACJA sp

HYBRYDYZACJA sp

2

2

Przestrzenne rozmieszczenie wiązań w cząsteczce C

Przestrzenne rozmieszczenie wiązań w cząsteczce C

2

2

H

H

4

4

WYKŁAD 11

38

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Nakładanie się zhybrydyzowanych orbitali atomów węgla

Nakładanie się zhybrydyzowanych orbitali atomów węgla

(hybrydyzacja sp

(hybrydyzacja sp

2

2

) i orbitali

) i orbitali

1s

1s

czterech atomów wodoru

czterech atomów wodoru

w cząsteczce C

w cząsteczce C

2

2

H

H

4

4

WYKŁAD 11

39

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

orbitale atomowe

orbitale atomowe

orbitale molekularne

orbitale molekularne

symbol orbitalu

symbol orbitalu

molekularnego

molekularnego

Kontury orbitali molekularnych – powierzchnie ograniczające przestrzeń, w

Kontury orbitali molekularnych – powierzchnie ograniczające przestrzeń, w

której prawdopodobieństwo napotkania elektronu wynosi 0,9.

której prawdopodobieństwo napotkania elektronu wynosi 0,9.

WYKŁAD 11

40

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Nakładanie się zhybrydyzowanych orbitali (hybrydyzacja sp

Nakładanie się zhybrydyzowanych orbitali (hybrydyzacja sp

2

2

)

)

centralnego atomu tlenu z orbitalami

centralnego atomu tlenu z orbitalami

2p

2p

skrajnych atomów tlenu

skrajnych atomów tlenu

w cząsteczce O

w cząsteczce O

3

3

WYKŁAD 11

41

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Nakładanie się orbitali

Nakładanie się orbitali

2p

2p

z

z

atomów tlenu w cząsteczce O

atomów tlenu w cząsteczce O

3

3

WYKŁAD 11

42

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Kontury zdelokalizowanego orbitalu wiążącego

Kontury zdelokalizowanego orbitalu wiążącego





del

del

w cząsteczce ozonu

w cząsteczce ozonu

WYKŁAD 11

43

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

O

O

3

3

KKK (2s

KKK (2s

1

1

)

)

2

2

(2s

(2s

3

3

)

)

2

2

(2p

(2p

y,1

y,1

)

)

2

2

t

t

2

2

2

2

(s

(s

1,2

1,2

)

)

2

2

(s

(s

2,3

2,3

)

)

2

2

(p

(p

del

del

)

)

2

2

(p

(p

0

0

del

del

)

)

2

2

5

,

1

2

1

2

0

6









RW

RW=

RW=

Liczba wiązań

Liczba wiązań

1

1

Wiążące - Antywiążące

Wiążące - Antywiążące

2

2

.

.

OZON: O

OZON: O

3

3

BENZEN: C

BENZEN: C

6

6

H

H

6

6

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

6 x K

6 x K

6 x (s

6 x (s

C-H

C-H

)

)

2

2

6 x (s

6 x (s

C-C

C-C

)

)

2

2

3 x (p

3 x (p

C-C

C-C

)

)

2

2

1

6

1

2

0

12









RW

5

,

1

6

1

2

0

18









RW

WYKŁAD 11

44

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Nakładanie się orbitali

Nakładanie się orbitali

2p

2p

y

y

oraz orbitali

oraz orbitali

2p

2p

z

z

atomów węgla

atomów węgla

w cząsteczce C

w cząsteczce C

2

2

H

H

2

2

WYKŁAD 11

45

PODSTAWY CHEMII

PODSTAWY CHEMII

Przestrzenne rozmieszczenie wiązań chemicznych tworzonych

Przestrzenne rozmieszczenie wiązań chemicznych tworzonych

przez orbitale zhybrydyzowane

przez orbitale zhybrydyzowane