Kysymyksiä molekyyliorbitaaleista

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Hankala asetella varsinainen kysymykseni, mutta kaipaisin jonkinlaista yksinkertaista rautalankaversiota aiheesta, koska olen vasta oppinut että molekyyliorbitaaleja on olemassa :D

Niin. Kysymyksiä;
Miksi esimerkiksi vetymolekyylin (H2) mo-energiadiagrammiin merkitään neljä elektronia ja heliumin (He2) diagrammiin kahdeksan? Mitä oikeastaan ovat bonding- ja anti-bonding-orbitaalit? Onko molempia jokaisessa molekyylissä?
Erityisesti haluaisin jonkun selittävän minulle tuon mo-energiadiagrammin - mitä kaikki siinä olevat "viivat" esittävät, ja millä perustein elektronit ovat missäkin.

Kommentit (5)

hmk
Seuraa 
Viestejä867
Liittynyt31.3.2005
edite
Hankala asetella varsinainen kysymykseni, mutta kaipaisin jonkinlaista yksinkertaista rautalankaversiota aiheesta, koska olen vasta oppinut että molekyyliorbitaaleja on olemassa

Niin. Kysymyksiä;
Miksi esimerkiksi vetymolekyylin (H2) mo-energiadiagrammiin merkitään neljä elektronia ja heliumin (He2) diagrammiin kahdeksan? Mitä oikeastaan ovat bonding- ja anti-bonding-orbitaalit? Onko molempia jokaisessa molekyylissä?
Erityisesti haluaisin jonkun selittävän minulle tuon mo-energiadiagrammin - mitä kaikki siinä olevat "viivat" esittävät, ja millä perustein elektronit ovat missäkin.

Tarkoitatko allaolevan kaltaista kuvaa?

Kuvassa olevat nuolet tarkoittavat elektroneja (nuolen suunta kuvaa elektronin ns. spinin suuntaa). Kuvan reunoilla olevat 1s-elektronit kuvaavat kahden sitoutumattoman vetyATOMIN elektroneja. Kun kaksi vetyatomia (siis nuo oikealla ja vasemmalla olevat) sitoutuvat, niiden 1s-orbitaalit "yhdistyvät" ja muodostavat kaksi molekyyliorbitaalia (sigma-1s ja sigma*-1s), jotka on kuvattu kuvan keskellä. 1s-orbitaaleilla olleet 2 elektronia päätyvät alempienergiaiselle sigma-1s orbitaalille (jonne mahtuu Paulin kieltosäännön mukaan 2 elektronia vastakkaisin spinein).

Energiatasokaaviosta (keltainen nuoli) näkyy, että sigma-1s orbitaalin energia on alempi kuin alkuperäisten 1s-orbitaalien. Niinpä, jos elektronit menevät sigma-1s-orbitaalille, saadaan alempienergiainen ja siten pysyvämpi rakenne kuin mitä erilliset vetyatomit muodostivat. Siksi sigma-1s on sitova (bonding) molekyyliorbitaali. Jos elektronit menisivätkin sigma*-1s-orbitaalille, olisi molekyyli energeettisesti pysymättömämpi kuin erilliset atomit, ja siksi ko. orbitaalia kutsutaan hajoittavaksi.

In so far as quantum mechanics is correct, chemical questions are problems in applied mathematics. -- H. Eyring

Vierailija

Juuri tuota tarkoitin - kiitos tuhannesti!
Jo tuo yksinkertainen vetymolekyylin mo-diagrammi + tekstisi selkeyttää asiaa paljon.

Kun 2p-atomiorbitaalit muodostavat molekyylin, onko diagrammissa siis kaksi anti-bonding- ja kaksi bonding-orbitaalia? Eli ylimpänä on sigma-2p* ja toiseksi ylimpänä pii-2p*? Ja alimpana sitten vastaavat bonding-orbitaalit (sigma alempana)?

Äh, ja mistä sen muuten tietää, montako sigma- ja pii-sidosta tulee?

Kiva selittää näitä ilman kuvaa.

hmk
Seuraa 
Viestejä867
Liittynyt31.3.2005
edite
Juuri tuota tarkoitin - kiitos tuhannesti!
Jo tuo yksinkertainen vetymolekyylin mo-diagrammi + tekstisi selkeyttää asiaa paljon.

Kun 2p-atomiorbitaalit muodostavat molekyylin, onko diagrammissa siis kaksi anti-bonding- ja kaksi bonding-orbitaalia? Eli ylimpänä on sigma-2p* ja toiseksi ylimpänä pii-2p*? Ja alimpana sitten vastaavat bonding-orbitaalit (sigma alempana)?

Äh, ja mistä sen muuten tietää, montako sigma- ja pii-sidosta tulee?

Kiva selittää näitä ilman kuvaa.

Yleissääntö on, että n:stä atomiorbitaalista tulee n molekyyliorbitaalia. Esim. vedyllä kahdesta 1s-orbitaalista tulee sigma-1s ja sigma*-1s orbitaalit. Hapen valenssiorbitaaleja ovat 2s, 2p_x, 2p_y ja 2p_z (4 kpl), eli reaktiossa 2O --> O2 muodostuu 2*4 AO:sta 8 MO:ta. Nämä on esitetty esim. sivulla:

http://www.ch.ic.ac.uk/vchemlib/course/ ... html#other

AO:iden symmetria määrää, mitkä AO:t voivat yhdistyä MO:iksi. Vain samankaltaiset "yhdistyvät". Jos esim. kaksi happiatomia lähestyy toisiaan z-akselin suunnassa, niin MO:t muodostuvat seuraavasti:

2s & 2s --> sigma-2s & sigma*-2s
2p_z & 2p_z --> sigma-2p & sigma*-2p
2p_x & 2p_x --> pii-2p & pii*-2p
2p_y & 2p_y --> pii-2p & pii*-2p

Siis 8 AO:sta on saatu 8 MO:ta. Nämä orbitaalit täyttyvät sitten alimmasta energiasta alkaen (jos molekyyli on energeettisessä perustilassaan), siten että kullekin orbitaalille tulee 2 elektronia. p-orbitaalithan ovat sellaisia venytetyn kahdeksikon muotoisia lenkuroita; jos atomit lähestyvät z-akselin suunnassa, niin p_z orbitaalit osoittavat suoraan toisiaan kohti, ja syntyy 2 sigma-tyyppistä orbitaalia. p_x orbitaalit sen sijaan päätyvät rinnakkain kuin kaksi vierekkäistä kasia ( 8 8 ), ja syntyy 2 pii-orbitaalia (samoin p_y:t).

Se, mikä on MO:iden energiajärjestys, riippuu molekyylistä. Esimerkiksi antamastani linkistä näet, että typpimolekyylille orbitaalien järjestys ei ole täysin sama kuin hapelle.

In so far as quantum mechanics is correct, chemical questions are problems in applied mathematics. -- H. Eyring

hmk
Seuraa 
Viestejä867
Liittynyt31.3.2005
edite
Kiitos äärettömän paljon hyvästä selvityksestä

Eipä kestä. Kiva, jos höpötyksestäni sai jotain selvää

In so far as quantum mechanics is correct, chemical questions are problems in applied mathematics. -- H. Eyring

Uusimmat

Suosituimmat