Molekuláris orbitális

egy pontatlan, de minőségileg hasznos, vita a molekuláris szerkezet, a molekuláris pályák lehet beszerezni a “lineáris kombinációja atomi orbitális molekuláris orbitális módszer” ansatz. Itt a molekuláris pályákat az atomi pályák lineáris kombinációiként fejezik ki.

az atomi pályák lineáris kombinációi (lcao)Edit

a molekuláris pályákat először Friedrich Hund és Robert S. Mulliken vezette be 1927-ben és 1928-ban., Az atomi pályák vagy az “LCAO” közelítés lineáris kombinációját a molekuláris pályákhoz Sir John Lennard-Jones vezette be 1929-ben. Úttörő tanulmánya megmutatta, hogyan lehet A fluor-és oxigénmolekulák elektronikus szerkezetét kvantumelvekből levezetni. Ez a molekuláris orbitális elmélet minőségi megközelítése része a modern kvantumkémia kezdetének.Az atomi pályák (lcao) lineáris kombinációi felhasználhatók a molekula alkotó atomjai közötti kötéskor keletkező molekuláris pályák becslésére., Az atomi orbitálishoz hasonlóan egy Schrödinger-egyenlet, amely egy elektron viselkedését írja le, egy molekuláris orbitális pályára is felépíthető. Az atomi pályák lineáris kombinációi, vagy az atomi hullámfunkciók összegei és különbségei közelítő megoldásokat nyújtanak a Hartree-Fock egyenletekhez, amelyek megfelelnek a molekuláris Schrödinger-egyenlet független részecske-közelítésének.,gratulálok kapott képviselteti magát matematikailag az egyenletek

Ψ = c a ψ a + c b ψ b {\displaystyle \Psi =c_{a}\psi _{a}+c_{b}\psi _{b}} Ψ ∗ = c a ψ a − c b ψ b {\displaystyle \Psi ^{*}=c_{a}\psi _{a}-c_{b}\psi _{b}}

ahol Ψ {\displaystyle \Psi }, valamint Ψ ∗ {\displaystyle \Psi ^{*}} a molekuláris wavefunctions a kötés pedig antibonding molekuláris elektronpályák, illetve ψ egy {\displaystyle \psi _{a}} s ψ b {\displaystyle \psi _{b}} az atomi wavefunctions a atomok, illetve a b, illetve c {\displaystyle c_{a}} c b {\displaystyle c_{b}} állítható együtthatók., Ezek az együtthatók lehetnek pozitívak vagy negatívak, az egyes atompályák energiáitól és szimmetriáitól függően. Ahogy a két atom közelebb kerül egymáshoz, az atomi pályáik átfedik egymást, hogy nagy elektronsűrűségű területeket hozzanak létre, következésképpen molekuláris pályák alakulnak ki a két atom között. Az atomokat a pozitív töltésű atommagok és a molekuláris pályákat összekötő negatív töltésű elektronok közötti elektrosztatikus vonzódás tartja össze.,

kötés, antibonding, és nonbonding MOsEdit

amikor az atomi pályák kölcsönhatásba lépnek, a kapott molekuláris orbitális lehet három típusa van: kötés, antibonding, vagy nonbonding.

kötés MOs:

• kötés közötti kölcsönhatások atomic orbitals konstruktív (in-fázis) kölcsönhatások.
• a kötési MOs energiája alacsonyabb, mint az atompályák, amelyek egyesítik őket.,

Antibonding MOs:

• Antibonding közötti kölcsönhatások atomi elektronpályák romboló (out-of-fázis) kölcsönhatások, a csomóponti gép, ahol a hullámfüggvény a antibonding orbitális nulla között a két egymásra atomok
• Antibonding MOs nagyobb energia, mint az atom elektronpályák, hogy össze kell előállítani őket.

Nonbonding MOs:

• a nonbonding MOs az eredménye annak, hogy az atompályák között nincs kölcsönhatás a kompatibilis szimmetriák hiánya miatt.,
• a nem kötődő MOs ugyanolyan energiával rendelkezik, mint a molekula egyik atomjának atomi pályái.

Sigma és Pi címkék MOsEdit

az atomi pályák közötti kölcsönhatás típusát tovább lehet kategorizálni a σ (sigma), π (pi), δ (delta), φ (phi), γ (gamma) stb. Ezek a görög betűk, amelyek megfelelnek az S, P, d, f és g atomi pályáknak. Az érintett atomok közötti internukleáris tengelyt tartalmazó csomósíkok száma σ MOs esetében nulla, π esetében egy, δ esetében kettő, φ esetében három, γ esetében pedig négy.,

σ symmetriedit

a σ szimmetriával rendelkező MO vagy két atomi s-orbitális vagy két atomi Pz-orbitális kölcsönhatásából származik. Egy mo-nak σ-szimmetriája lesz, ha az orbitális szimmetrikus a két nukleáris központot összekötő tengelyhez, az internukleáris tengelyhez képest. Ez azt jelenti, hogy a MO elforgatása az internukleáris tengely körül nem eredményez fázisváltást. A σ * orbitális, sigma antibonding orbitális, szintén ugyanazt a fázist tartja fenn, amikor az internukleáris tengely körül forog., A σ * orbitális egy csomós sík, amely a magok között van, és merőleges az internukleáris tengelyre.

π symmetriedit

a π szimmetriával rendelkező MO két atomi px orbitális vagy py orbitális kölcsönhatásából származik. Egy MO-nak π szimmetriája lesz, ha az orbitális aszimmetrikus az internukleáris tengely körüli forgáshoz képest. Ez azt jelenti, hogy a MO elforgatása az internukleáris tengely körül fázisváltást eredményez. Van egy csomó sík, amely tartalmazza az internukleáris tengelyt, ha valódi orbitákat veszünk figyelembe.,

a π * orbitális, pi antibonding orbitális, szintén fázisváltozást eredményez, amikor az internukleáris tengely körül forog. A π * orbitális egy második csomópontsíkkal is rendelkezik a magok között.

δ symmetryEdit

A Mo δ szimmetriával két atomi dxy vagy dx2-y2 orbitális kölcsönhatásából ered. Mivel ezek a molekuláris pályák alacsony energiájú d atomi pályákat tartalmaznak, átmeneti-fém komplexekben láthatók., A δ kötés orbitális két nodális síkkal rendelkezik, amelyek tartalmazzák az internukleáris tengelyt, a δ * antibonding orbitális pedig egy harmadik nodális síkkal is rendelkezik a magok között.

φ symmetryEdit

az Elméleti kémikusok gondolta volna, hogy a magasabb rendű kötvények, mint a phi kötvények megfelelő átfedés f atomi elektronpályák, lehetséges., 2005-től csak egy ismert példa van egy molekulára, amely állítólag phi kötést tartalmaz (U−u kötés, az U2 molekulában).

Gerade and ungerade symmetriedit

azoknál a molekuláknál, amelyek inverziós központtal rendelkeznek (centrosimmetriás molekulák), vannak további szimmetria címkék, amelyek alkalmazhatók a molekuláris pályákra.A centroszimmetrikus molekulák a következők:

• Homonukleáris diatomika, X2
• oktaéder, EX6
• négyzet planar, EX4.

nem centroszimmetrikus molekulák a következők:

• Heteronukleáris diatomikumok, XY
• tetraéder, EX4.,

Ha egy molekula szimmetriaközpontján keresztüli inverzió azonos fázisokat eredményez a molekuláris orbitális számára, akkor azt mondják, hogy a MO-nak gerade (g) szimmetriája van, a német szóból páros.Ha egy molekulában a szimmetria középpontján keresztüli inverzió fázisváltozást eredményez a molekuláris orbitális számára, akkor azt mondják, hogy a Mo-nak ungerade (u) szimmetriája van, a német odd szóból.Egy σ-szimmetriával rendelkező kötési MO esetében az orbitális σg (s’ + s” szimmetrikus), míg egy σ-szimmetriával rendelkező antibonding MO az orbitális σu, mivel az S’ – s” inverziója antiszimmetrikus.,Egy kötés MO π-szimmetria az orbitális van nu, mert inverzió keresztül a szimmetriatengelye a hozna egy jel változás (a két o atomi elektronpályák a fázis egymással, de a két lebeny ellentétes jelek), míg egy antibonding MO π-a szimmetria ng mert inverzió keresztül a szimmetriatengelye a nem termel jelet változás (a két p elektronpályák vagy antisymmetric által fázis).,

mo diagramsEdit

A Mo analízis kvalitatív megközelítése molekuláris orbitális diagramot használ egy molekula kötési kölcsönhatásainak megjelenítéséhez. Az ilyen típusú diagramban a molekuláris pályákat vízszintes vonalak képviselik; minél magasabb egy vonal, annál nagyobb az orbitális energia, a degenerált pályákat pedig ugyanazon a szinten helyezik el, köztük egy térrel., Akkor az elektronok kell helyezni a molekuláris elektronpályák vagy réselt egyesével, szem előtt tartva, a Pauli kizárási elv {Hund} szabálya a maximális kiterjedését (csak 2 elektronok, amelyek ellenkezője forog, per orbitális; hely, mint sok pár nélküli elektron egy energia szinten, mint lehetséges megkezdése előtt párosítani őket). A bonyolultabb molekulák esetében a hullámmechanikai megközelítés elveszíti hasznosságát a kötés minőségi megértésében (bár még mindig szükséges a kvantitatív megközelítéshez).,udes azokat az atomi elektronpályák, hogy rendelkezésre állnak a molekuláris orbitális kölcsönhatások, ami lehet ragasztás, vagy antibonding

az ésszerűen egyszerű molekula molekuláris orbitális diagramjának felépítésére vonatkozó általános eljárás a következőképpen foglalható össze:

1. Rendeljen egy pontcsoportot a molekulához.

2. Nézd meg a formák a SALCs.

3., Rendezze el az egyes molekuláris fragmentumok SALCs-ját az energia növekvő sorrendjében, először megjegyezve, hogy s, p vagy d pályákból származnak (és tegye őket az s < p < d) sorrendbe, majd az internukleáris csomópontok számát.

4. Kombinálja az azonos szimmetriatípusú Salcsokat a két fragmensből, az N SALCs pedig N molekuláris pályákat alkot.

5., Becsülje meg a molekuláris pályák relatív energiáit a szülő pályák átfedéséből és relatív energiáiból, és rajzolja meg a szinteket egy molekuláris orbitális energiaszint diagramon (bemutatva a pályák eredetét).

6. Erősítse meg, javítsa ki és módosítsa ezt a minőségi sorrendet egy molekuláris orbitális számítás elvégzésével kereskedelmi szoftver segítségével.

kötés molekuláris pályákbanszerkesztés

orbitális degenerációszerkesztés

a molekuláris pályákat degeneráltnak mondják, ha ugyanaz az energiájuk van., Például az első tíz elem homonukleáris diatomikus molekuláiban a PX-ből és a py atomi pályákból származó molekuláris pályák két degenerált kötési pályát eredményeznek (alacsony energiájú) és két degenerált antibonding pályát (nagy energiájú).

Ionos bondsEdit

Ha az energia különbség a között, hogy az atomi elektronpályák a két atom elég nagy, egy atom elektronpályák hozzájárul szinte teljes egészében a kötés elektronpályák, a másik atom elektronpályák hozzájárul szinte teljes egészében a antibonding elektronpályák., Így a helyzet hatékonyan az, hogy egy vagy több elektron átkerült az egyik atomról a másikra. Ezt (többnyire) Ionos kötésnek nevezik.

Bond orderEdit

a molekula kötési sorrendje vagy kötések száma a kötés és a blokkolásgátló molekuláris pályákon lévő elektronok számának kombinálásával határozható meg. Egy pár elektronok egy kötés orbitális létrehoz egy kötés, mivel egy pár elektronok egy antibonding orbitális tagadja a kötés., Például az N2-nek, amelynek nyolc elektronja van a pályák kötésében, két elektronja pedig az antibonding pályákon, három kötési sorrendje van, ami hármas kötést jelent.

a kötés szilárdsága arányos a kötési sorrenddel—a nagyobb kötésmennyiség stabilabb kötést eredményez -, a kötéshossz pedig fordítottan arányos vele-az erősebb kötés rövidebb.

ritka kivételek vannak a pozitív kötési sorrendű molekula követelményétől., Bár a Be2-nek a Mo analízis szerint 0 kötési sorrendje van, kísérleti bizonyítékok vannak egy rendkívül instabil Be2 molekulára, amelynek kötési hossza 245 pm és kötési energiája 10 kJ/mol.

HOMO és LUMOEdit

a legnagyobb megszállt molekuláris orbitális és a legalacsonyabb üres molekuláris orbitális gyakran nevezik a HOMO és LUMO, illetőleg. A HOMO és a LUMO energiáinak különbségét HOMO-LUMO résnek nevezik. Ez a fogalom gyakran az irodalomban való zavartság kérdése, ezért óvatosan kell eljárni., Értéke általában az alapvető rés (az ionizációs potenciál és az elektron affinitás különbsége) és az optikai rés között helyezkedik el. Ezenkívül a HOMO-LUMO rés egy ömlesztett anyagsávi réshez vagy szállítási réshez kapcsolódhat, amely általában sokkal kisebb, mint az alapvető rés.