9: Хімічне склеювання в двоатомних молекулах
- Page ID
- 26849
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
Нашою основою для розуміння хімічного зв'язку і структур молекул є електронно-орбітальний опис будови і валентності атомів, як це передбачено квантовою механікою. Ми припускаємо розуміння періодичності елементів на основі ядерної структури атома і наших відрахувань щодо валентності на основі електронних орбіталей.
- 9.1: Наближення Борна-Оппенгеймера спрощує рівняння Шредінгера для молекул
- Наближення Борна-Оппенгеймера є одним з найважливіших і фундаментальних наближень в молекулярній квантовій механіці. Це наближення розділяє рівняння Шредінгера на дві складові, що призводить до розділення електронної та ядерної частини хвильової функції компонентів. Цей поділ не є точним, але приблизним, заснованим на поділі електронних і ядерних ступенів свободи, ми припускаємо, може бути зроблено на основі масового диференціала.
- 9.2: Прототипові види H₂
- Найпростіша мислима молекула була б зроблена з двох протонів і одного електрона, а саме\(H_{2}^{+}\). Цей вид насправді має перехідне існування в електричних розрядах через газ водню і був виявлений за допомогою мас-спектрометрії, а також був виявлений у космічному просторі. Рівняння Шредінгера\(H_{2}^{+}\) можна розв'язати точно в межах наближення Борна-Оппенгеймера. Цей іон складається з двох протонів, утримуваних разом електростатичною силою одного електрона.
- 9.3: Інтегральна перекриття
- Інтеграли перекриття кількісно визначають концентрацію орбіталів (часто) на сусідніх атомах в одних і тих же областях простору. Орбітальне перекриття є критичним компонентом у формуванні зв'язків.
- 9.4: Стійкість до хімічних зв'язків
- З цього підходу LCAO-MO виникає кулон, обмін (подібно до HF розрахунків атомів) і перекриття інтегралів. Поняття зв'язування та антизв'язуючих орбіталів results.The застосування LCAO до молекулярних орбіталів продемонстровано, включаючи лінійну варіаційну теорію та світські рівняння.
- 9.5: Склеювання та антізв'язуючі орбіталі
- Просторова структура склеювальних і антизв'язуючих молекулярних орбіталів контрастують, демонструючи такі особливості, як вузол між ядрами. Обговорюється розширення MO LCAO за допомогою більшого базового набору, ніж просто атомні орбіталі 1s.
- 9.6: Проста молекулярно-орбітальна обробка H₂ розміщує обидва електрони в орбіталі зв'язку
- Для опису електронних станів молекул побудовано хвильові функції для електронних станів за допомогою молекулярних орбіталів. Ці хвильові функції є приблизними розв'язками рівняння Шредінгера. Математична функція для молекулярної орбіти побудована\(\psi _i\), як лінійна комбінація інших функцій\(\varphi _j\), які називаються базисними функціями, оскільки вони забезпечують основу для представлення молекулярної орбіти.
- 9.7: Молекулярні орбіталі можна впорядкувати відповідно до їх енергій
- Лінійна комбінація атомних орбіталей завжди дає однакову кількість молекулярних орбіталей. Отже, якщо ми почнемо з двох атомних орбіталей, ми в кінцевому підсумку з двома молекулярними орбіталями. Коли атомні орбіталі додають фазу, ми отримуємо конструктивну інтерференцію і нижчу енергію орбіталі. Коли вони складаються з фази, ми отримуємо вузол, і отримана орбіталь має більш високу енергію. Менші енергії MoS є склеюванням, а більш висока енергія MoS є антизв'язуючими.
- 9.8: Молекулярно-орбітальна теорія не передбачає стабільну двоатомну молекулу гелію
- Займані молекулярні орбіталі (тобто орбіталі з електронами) представлені через електронну конфігурацію, подібну до атомів. Для діатоміки ці конфігурації відображаються в «порядку зв'язку», який використовується для опису міцності та довжини зв'язків. Вони передбачають, що стабільні молекули (тобто спостережувані) мають зв'язки порядку, які дорівнюють> 0. Для молекулярних орбіталів, що складаються лише з атомних орбіталів 1s, це говорить про те, що певні молекули не існуватимуть. Типовий приклад - гелієвий димер.
- 9.9: Електрони заповнюють молекулярні орбіталі відповідно до принципу виключення Паулі
- Принцип виключення Паулі відіграє таку ж важливу роль у розумінні електронної структури молекул, як і у випадку з атомами. Зараз ми можемо створити та визначити електронні конфігурації гоядерних двоатомних молекул шляхом додавання електронів по два одночасно до молекулярних орбіталів зі спинами електронів в парі, завжди спочатку заповнюючи орбіталі найнижчої енергії.
- 9.10: Молекулярна орбітальна теорія передбачає, що молекулярний кисень є парамагнітним
- Молекулярна орбітальна конфігурація диктує порядок зв'язку зв'язку. Це в свою чергу диктує міцність зв'язку та довжину зв'язку з більш міцними зв'язками, що демонструють невелику довжину зв'язку. Молекулярна орбітальна конфігурація молекулярного кисню демонструє, що нейтральний вид наземного стану має два непарних електрона і, отже, є парамагнітним (привабливим для зовнішніх магнітних полів). Це особливість теорії МО, яку інші теорії не передбачають.
- 9.14: Символи молекулярного терміна описують електронні стани молекул
- Молекулярні термінові символи визначають молекулярні електронні енергетичні рівні. Термінові символи для двоатомних молекул базуються на нескорочуваних уявленнях в групах лінійної симетрії, отриманих від спектроскопічних позначень. Вони зазвичай складаються з чотирьох частин: кратності спина, азимутального моменту моменту, повного моменту моменту і симетрії. Всі обговорювані тут молекулярні символи терміна засновані на зв'язці Рассела-Сондерса.
- 9.15: Символи молекулярного терміна позначають симетрію
- Квантові числа для двоатомних молекул схожі з атомними квантовими числами. Будьте обережні, адже правила пошуку можливих комбінацій різні.
- 9.E: Хімічний зв'язок у двоатомних молекулах (вправи)
- Це домашні вправи, які супроводжують главу 9 Маккуаррі та Саймона «Фізична хімія: молекулярний підхід» TextMap.