Molecular orbital diagram

En diatomic molecular orbital diagram brukes til å forstå bonding av en diatomic molekyl. MO diagrammer kan brukes til å utlede magnetiske egenskaper av et molekyl, og hvordan de endrer seg med ionisering. De gir også innsikt til bond bestilling av molekylet, hvor mange obligasjoner er delt mellom de to atomene.

energien til elektronene blir videre forstått ved å bruke Schrödinger-ligningen til et molekyl., Kvantemekanikk er i stand til å beskrive energier for nøyaktig ett elektron systemer, men kan tilnærmes nettopp for flere elektron systemer ved hjelp av Born-Oppenheimer Tilnærming, slik at kjernene er antatt i ro. Den LCAO-MO-metoden er brukt i forbindelse skal videre beskrive tilstanden i molekylet.

Diatomic molekyler består av et bånd mellom bare to atomer. De kan deles i to kategorier: homonuclear og heteronuclear. En homonuclear diatomic molekyl er en består av to atomer av samme grunnstoff. Eksempler er H2, O2 og N2., A heteronuclear diatomic molecule is composed of two atoms of two different elements. Examples include CO, HCl, and NO.

DihydrogenEdit

The smallest molecule, hydrogen gas exists as dihydrogen (H-H) with a single covalent bond between two hydrogen atoms., Som hver hydrogen atom har en enkelt 1s atomic orbital for sin elektron, bond-skjemaer ved overlapping av disse to atom-orbitals. I figur de to atom-orbitals er avbildet til venstre og til høyre. Den vertikale aksen alltid representerer orbital energier. Hvert atom orbital er enkeltvis opptatt med en opp-eller ned-pilen representerer et elektron.

Anvendelse av MO-teori for dihydrogen resultater i å ha begge elektronene i en binding MO med elektron konfigurasjonen 1σg2. Obligasjonen for dihydrogen er (2-0)/2 = 1., Den photoelectron spectrum of dihydrogen viser et enkelt sett av multiplets mellom 16 og 18 eV (elektron volt).

dihydrogen MO-diagram bidrar til å forklare hvordan en bond-bryter. Når du søker energi til å dihydrogen, en molekylær elektronisk overgang finner sted når ett elektron i bonding MO er forfremmet til antibonding MO. Resultatet er at det ikke lenger er en netto gevinst på energi.

blandingen av de to 1s atomic orbitals fører til dannelse av σ og σ* molekylær orbitals. To atom-orbitals i fase skape en større electron tetthet, noe som fører til σ orbital., Hvis de to 1s orbitals ikke er i fase, kan en node mellom dem fører til et hopp i energi, σ* orbital. Fra diagrammet kan du utlede bond order, hvor mange obligasjoner er dannet mellom de to atomene. For dette molekylet det er lik én. Bond ordre kan også gi innsikt til hvor nær eller strukket en bond har blitt hvis et molekyl er ionisert.

Dihelium og diberylliumEdit

Dihelium (Han-Han) er et hypotetisk molekyl og MO-teori bidrar til å forklare hvorfor dihelium ikke finnes i naturen., MO-diagram for dihelium ser veldig lik som dihydrogen, men hver helium har to elektroner i sitt 1s atomic orbital snarere enn en for hydrogen, slik at det nå er fire elektroner til å plassere i den nyopprettede molekylær orbitals.

– >

Den eneste måten å oppnå dette på er ved opptar både klebing og antibonding orbitals med to elektroner, noe som reduserer bond order ((2-2)/2) til null, og avbryter netto energi stabilisering., Imidlertid, ved å fjerne et elektron fra dihelium, stabil gass-fase arter Han+
2 ion er dannet med bond for 1/2.

et Annet molekyl som er utelukket basert på dette prinsippet er diberyllium. Beryllium har et elektron konfigurasjonen 1s22s2, så det er igjen to elektroner i valence nivå. Men 2s kan blande seg med den 2p orbitals i diberyllium, mens det er ingen p-orbitals i valence nivå av hydrogen eller helium., Denne blanding gjør antibonding 1σu orbital litt mindre antibonding enn bonding 1σg orbital er bonding, med en netto effekt at hele konfigurasjonen har en svak binding natur. Derav diberyllium molekyl som finnes (og har blitt observert i gass-fase). Det er likevel fortsatt har en lav dissosiasjon energi for bare 59 kJ·mol−1.

DilithiumEdit

MO-teori riktig spår at dilithium er et stabilt molekyl med bond order 1 (konfigurasjon 1σg21σu22σg2). 1s MOs er helt fylt og ikke delta i bånd.,

– >

Dilithium er et gass-fase molekyl med en mye lavere binding enn dihydrogen fordi 2s elektroner er ytterligere fjernet fra kjernen. I en mer detaljert analyse som tar hensyn til miljøet av hver orbital på grunn av alle andre elektroner, både 1σ orbitals har høyere energier enn 1s AO og de okkuperte 2σ er også høyere energi enn 2s AO (se tabell 1).,

DiboronEdit

MO-diagram for diboron (B-B, elektron konfigurasjonen 1σg21σu22σg22σu21πu2) krever innføring av et atom orbital overlapper modell for p-orbitals. De tre dumbbell-formet p-orbitals har lik energi og er gjensidig orientert vinkelrett (eller orthogonally). P-orbitals orientert i z-retningen (pz) kan overlappe slutten-på og danner en binding (symmetrisk) σ orbital og en antibonding σ* molecular orbital., I motsetning til sigma 1s MO ‘ s, σ 2p har noen ikke-bonding electron tetthet på hver side av kjerner og σ* 2p har noen electron tetthet mellom kjernene.

De to andre p-orbitals, py og px, kan overlappe side på. Den resulterende bonding orbital har sin electron tetthet i form av to kammer over og under flyet av molekylet. Orbital er ikke symmetrisk rundt den molekylære aksen, og er derfor en pi-orbital. Den antibonding pi orbital (også asymmetrisk) har fire kammer peker bort fra kjernene., Både py og px orbitals danne et par av pi orbitals lik i energi (degenerert) og kan ha høyere eller lavere energi enn sigma-orbital.

I diboron 1s og 2s elektroner ikke delta i bånd, men enkelt-elektroner i 2p orbitals okkupere 2npy og 2npx MO ‘ s resulterer i bond order 1. Fordi elektronene har lik energi (de er degenerert) diboron er en diradical og siden spins er parallelt molekylet er paramagnetiske.,

– >

I visse diborynes de boron atomer er spent og bond ordre er 3.

DicarbonEdit

Som diboron, dicarbon (C-C electron-konfigurasjonen:1σg21σu22σg22σu21πu4) er en reaktiv gass-fase-molekylet. Molekylet kan bli beskrevet som å ha to pi obligasjoner, men uten en sigma bond.,

DinitrogenEdit

Med nitrogen, ser vi de to molecular orbitals miksing og energi frastøting. Dette er begrunnelsen for at omorganisering fra en mer kjent diagrammet. Legg merke til hvordan σ fra 2p oppfører seg mer ikke-bonding som på grunn av miksing, samme med 2s σ. Dette fører også til et stort hopp i energi i 2p σ* orbital. Obligasjonslånet bestilling av diatomic nitrogen er tre, og det er en diamagnetiske molekyl.,

The bond for dinitrogen (1σg21σu22σg22σu21πu43σg2) er tre, fordi to elektroner er nå også lagt i 3σ MO. MO-diagram korrelerer med den eksperimentelle photoelectron spectrum for nitrogen. Den 1σ elektroner kan matches til en topp på 410 eV (bred), den 2σg elektroner ved 37 eV (bred), den 2σu elektroner på 19 eV (dublett), den 1nu4 elektroner på 17 eV (multiplets), og til slutt 3σg2 på 15.5 eV (skarp).,

DioxygenEdit

Oksygen har en lignende setup for å H2, men nå er vi vurdere 2s og 2p orbitals. Når du oppretter den molekylære orbitals fra p-orbitals, legg merke til de tre atomic orbitals delt inn i tre molekylær orbitals, en enkeltvis utarte σ og en dobbelt utarte π orbital. En annen egenskap vi kan observere ved å undersøke molecular orbital diagrammer er den magnetiske egenskapen av diamagnetiske eller paramagnetiske., Hvis alle elektronene er sammenkoblet, det er en liten motvilje og det er klassifisert som diamagnetiske. Hvis gruppert elektroner er til stede, det er tiltrukket av et magnetisk felt, og derfor er paramagnetiske. Oksygen er et eksempel på en paramagnetiske diatomic. Legg også merke til den bond bestilling av diatomic oksygen er to.

MO behandling av dioxygen er forskjellig fra den forrige diatomic molekyler fordi pσ MO er nå lavere energi enn 2π orbitals. Dette er knyttet til samspillet mellom 2s MO og 2pz MO., Distribuere 8 elektroner over 6 molekylær orbitals blader de siste to elektroner som en degenerert par i 2pn* antibonding orbitals noe som resulterer i en bond bestilling av 2. Som i diboron, disse to er gruppert elektroner har samme spinn i bakken stat, som er en paramagnetiske diradical triplett oksygen. Den første spent staten har både HOMO elektroner sammenkoblet i en orbital med motsatt spinn, og er kjent som singlet oksygen.,

– >

The bond order synker og bond-lengden øker i for O+
2 (112.2 pm), O
2 (121 pm), O−
2 (128 pm) og O2−
2 (149 pm).

Difluorine og dineonEdit

I difluorine ytterligere to elektroner okkupere 2pn* med et bindemiddel for 1., I dineon Ne
2 (som med dihelium) antall bonding elektroner er lik antall antibonding elektroner og dette molekylet eksisterer ikke.

Dimolybdenum og ditungstenEdit