Molekylärt orbitaldiagram

ett diatomiskt molekylärt orbitaldiagram används för att förstå bindningen av en diatomisk molekyl. Mo-diagram kan användas för att härleda magnetiska egenskaper hos en molekyl och hur de förändras med jonisering. De ger också insikt i molekylens bindningsordning, hur många bindningar som delas mellan de två atomerna.

elektronernas energier förstås ytterligare genom att tillämpa Schrödingerekvationen på en molekyl., Kvantmekanik kan beskriva energierna exakt för enskilda elektronsystem men kan approximeras exakt för flera elektronsystem med hjälp av Born-Oppenheimer approximationen, så att kärnorna antas stationära. Lcao-MO-metoden används tillsammans för att ytterligare beskriva molekylens tillstånd.

diatomiska molekyler består av en bindning mellan endast två atomer. De kan delas in i två kategorier: homonukleära och heteronukleära. En homonukleär diatomisk molekyl är en sammansatt av två atomer av samma element. Exempel är H2, O2 och 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., Eftersom varje väteatom har en enda 1s Atom orbital för sin elektron, bildar bindningen genom överlappning av dessa två atomära orbitaler. I figuren avbildas de två atomiska orbitalerna till vänster och till höger. Den vertikala axeln representerar alltid orbitalenergierna. Varje atom orbital är ensamt upptagen med en upp-eller nedåtpilen som representerar en elektron.

tillämpning av Mo teori för dihydrogen resulterar i att ha båda elektronerna i bindning MO med elektronkonfiguration 1σg2. Obligationsordern för dihydrogen är (2-0) / 2 = 1., Fotoelektronspektrumet av dihydrogen visar en enda uppsättning multipler mellan 16 och 18 eV (elektronvolt).

dihydrogen mo-diagrammet hjälper till att förklara hur en bindning bryts. Vid applicering av energi till dihydrogen sker en molekylär elektronisk övergång när en elektron i bindningen MO främjas till antibonding MO. Resultatet är att det inte längre finns någon nettovinst i energi.

superpositionen av de två 1s atomiska orbitalerna leder till bildandet av σ Och σ* molekylära orbitaler. Två atomiska orbitaler i fas skapar en större elektrondensitet, vilket leder till σ-orbitalen., Om de två 1s orbitalerna inte är i fas, orsakar en nod mellan dem ett hopp i energi, σ * orbital. Från diagrammet kan du härleda bindningsordningen, hur många bindningar bildas mellan de två atomerna. För denna molekyl är den lika med en. Bond order kan också ge insikt om hur nära eller sträckt en bindning har blivit om en molekyl joniseras.

dihelium och diberylliumEdit

Dihelium (He-He) är en hypotetisk molekyl och Mo-teorin hjälper till att förklara varför dihelium inte existerar i naturen., Mo-diagrammet för dihelium ser väldigt ut som dihydrogen, men varje helium har två elektroner i sin 1s atomära orbital snarare än en för väte, så det finns nu fyra elektroner att placera i de nybildade molekylära orbitalerna.

det enda sättet att åstadkomma detta är genom att ockupera både bindning och antibonding orbitaler med två elektroner, vilket minskar bindningsordningen ((2-2) / 2) till noll och avbryter nettoenergistabiliseringen., Genom att ta bort en elektron från dihelium bildas emellertid den stabila gasfasarten He +
2 ion med bond order 1/2.

en annan molekyl som är utesluten baserat på denna princip är diberyllium. Beryllium har en elektronkonfiguration 1s22s2, så det finns igen två elektroner i valensnivån. 2s kan emellertid blandas med 2p-orbitalerna i diberyllium, medan det inte finns några p-orbitaler i valensnivån för väte eller helium., Denna blandning gör antibonding 1σu orbital något mindre antibonding än bindning 1σg orbital är bindning, med en nettoeffekt att hela konfigurationen har en liten bindning natur. Därför finns diberylliummolekylen (och har observerats i gasfasen). Det har dock fortfarande en låg dissociationsenergi på endast 59 kJ * mol-1.

DilithiumEdit

MO teori förutspår korrekt att dilithium är en stabil molekyl med bond order 1 (konfiguration 1σg21σu22σg2). 1s MOs är helt fyllda och deltar inte i bindning.,

Dilithium är en gasfasmolekyl med en mycket lägre bindningsstyrka än diväte eftersom 2s-elektronerna avlägsnas ytterligare från kärnan. I en mer detaljerad analys som beaktar miljön i varje orbital på grund av alla andra elektroner har båda 1σ-orbitalerna högre energier än 1S AO och den ockuperade 2σ är också högre i energi än 2s AO (Se tabell 1).,

DiboronEdit

mo diagrammet för diboron (B-B, electron configuration 1σg21σu22σg22σu21πu2) kräver införandet av en atom orbital överlappning modell för p orbitaler. De tre hantelformade p-orbitalerna har lika energi och är orienterade ömsesidigt vinkelrätt (eller ortogonalt). De p-orbitaler orienterade i Z-riktning (pz) kan överlappa end-on bildar en bindning (symmetrisk) σ orbital och en antibonding σ* molekylär orbital., I motsats till sigma 1S MO s, σ 2P har vissa icke-bindningselektrondensitet på vardera sidan av kärnorna och σ* 2P har viss elektrondensitet mellan kärnorna.

de andra två p-orbitalerna, py och px, kan överlappa sida vid sida. Den resulterande bindningsbanden har sin elektrondensitet i form av två lober över och under molekylens plan. Omloppsbanan är inte symmetrisk runt den molekylära axeln och är därför en pi-orbital. Den antibonding pi orbital (även asymmetrisk) har fyra lober som pekar bort från kärnorna., Både Py och px orbitaler bildar ett par pi orbitaler lika med energi (degenererade) och kan ha högre eller lägre energier än sigma orbital.

i diboron deltar 1s och 2s elektroner inte i bindning, men de enskilda elektronerna i 2P-orbitalerna upptar 2npy och 2npx mos vilket resulterar i bond order 1. Eftersom elektronerna har lika energi (de är degenererade) är diboron en diradisk och eftersom spinnen är parallella är molekylen paramagnetisk.,

i vissa diborynes är boratomerna upphetsade och obligationsordern är 3.

DicarbonEdit

som diboron, dicarbon (c-c elektronkonfiguration:1σg21σu22σg22σu21πu4) är en reaktiv gasfasmolekyl. Molekylen kan beskrivas som att ha två pi-bindningar men utan en sigma-bindning.,

Dinitrogenedit

med kväve ser vi de två molekylära Orbital blandning och energi repulsion. Detta är resonemanget för omarrangemanget från ett mer välbekant diagram. Lägg märke till hur σ Från 2p beter sig mer icke-bindning som på grund av blandning, samma med 2s σ. Detta orsakar också ett stort hopp i energi i 2P σ* orbital. Bindningsordningen för diatomiskt kväve är tre, och det är en diamagnetisk molekyl.,

bondordern för dinitrogen (1σg21σu22σg22σu21πu43σg2) är tre eftersom två elektroner nu också läggs till i 3σ MO. Mo-diagrammet korrelerar med det experimentella fotoelektronspektrumet för kväve. Den 1σ elektroner kan matchas till en topp på 410 eV (bred), den 2σg elektroner vid 37 eV (bred), den 2σu elektroner vid 19 eV (dubblett), den 1nu4 elektroner till 17 eV (multiplets), och slutligen 3σg2 på 15.5 eV (sharp).,

DioxygenEdit

syre har en liknande inställning till H2, men nu anser vi 2s och 2P orbitaler. När du skapar de molekylära orbitalerna från p-orbitalerna märker du de tre atomiska orbitalerna uppdelade i tre molekylära orbitaler, en enda degenererad σ och en dubbelt degenererad π-orbital. En annan egenskap vi kan observera genom att undersöka molekylära orbitaldiagram är den magnetiska egenskapen hos diamagnetiska eller paramagnetiska., Om alla elektroner är parade finns det en liten repulsion och den klassificeras som diamagnetisk. Om oparade elektroner är närvarande lockas det till ett magnetfält och därför paramagnetiskt. Syre är ett exempel på en paramagnetisk diatomisk. Lägg också märke till bindningsordningen för diatomiskt syre är två.

MO behandling av dioxygen skiljer sig från den hos de tidigare diatomiska molekylerna eftersom pσ MO nu är lägre i energi än 2π orbitalerna. Detta beror på interaktion mellan 2s MO och 2pz MO., Distribuerar 8 elektroner över 6 molekylära orbitaler lämnar de sista två elektronerna som ett degenererat par i 2PN * antibonding orbitaler vilket resulterar i en bindningsordning av 2. Som i diboron har dessa två oparade elektroner samma spinn i marktillståndet, vilket är ett paramagnetiskt diradiskt triplett syre. Det första upphetsade tillståndet har både HOMO elektroner Parade i en orbital med motsatta spinn, och är känd som singlet oxygen.,

obligationsordern minskar och obligationslängden ökar i ordningen O+
2 (112.2 pm), O
2 (121 pm), O−
2 (128 pm) och O2−
2 (149 pm).

Difluorine och dineonedit

i difluorine upptar två ytterligare elektroner 2pn * med en bindningsordning på 1., I Dineon Ne
2 (som med dihelium) är antalet bindningselektroner lika med antalet antibonderande elektroner och denna molekyl existerar inte.

Dimolybdenum och ditungstenEdit