homonukleare zweiatomige Moleküle
In Atomen befinden sich Elektronen, wie Sie wissen, in Orbitalen unterschiedlicher Energieebenen wie 1s, 2s,3d usw.Diese Orbitale stellen die Wahrscheinlichkeitsverteilung dar, mit der ein Elektron überall um die Erde gefunden werden kann. Die molekulare Orbitaltheorie setzt die Vorstellung voraus, dass Elektronen Inmolekülen ebenfalls in verschiedenen Orbitalen existieren, die die Wahrscheinlichkeit geben, das Elektron an bestimmten Punkten um das Molekül zu Findenmolekül., Um den Satz von Orbitalen für ein Molekül zu erzeugen, addieren wirzusammen die Valenz atomicwavefunctions für die gebundenen Atome im Molekül. Dies ist nicht so kompliziert, wie es klingen mag. Betrachten wir die Bindung inhomonukleärer Diatomikmoleküle-Moleküle der Formel A2.
Vielleicht ist Wasserstoff das einfachste Molekül, das wir uns vorstellen können, H2.As wir haben diskutiert, um die molekularen Orbitale für Wasserstoff zu produzieren, addieren wir zusammendie Valenz atomicwavefunctions, um die molekularen Orbitale für Wasserstoff zu produzieren. Jedes Atom InH2 hat nur das 1s-Orbital, also fügen wir die beiden 1swavefunktionen hinzu., Wie Sie in Ihrem Studium der atomaren Struktur gelernt haben, können Atomwellenfunktionen entweder Plus-oder Minusphasen haben-dies bedeutet, dass der Wert der Wellenfunktion yis entweder positiv oder negativ ist. Es gibt zwei Möglichkeiten, die Wellenfunktionen hinzuzufügen, entweder in-Phase (entweder bothplus oder both minus) oder Out-of-Phase (ein Plus und das andere Minus).zeigt, wie Atomwellenfunktionen zu Molekülorbitalen addiert werden können.
Die In-Phase-Überlappungskombination (oberer Satz von Orbitalen in ) erzeugt eine Erhöhung der Elektronendichte zwischen den beiden Kernen, was zu einer geringeren Energie für dieses Orbital führt.Die Elektronen, die das Sh-Horbital einnehmen, repräsentieren das entsprechende Elektronenpaar aus der Lewis-Struktur von H2 und werden treffend als abonding molecular Orbital bezeichnet. Das andere molekulare Orbital, s*H-H, zeigt eine Abnahme der Elektronendichtezwischen den Kernen mit einem Wert von Null im Mittelpunkt zwischen den Kernen, wo es istein Knotenebene., Da das s*H-H-Orbital eine Abnahme der Bindung zeigtzwischen den Zweikernen wird es als antibondierendes molekulares Orbital bezeichnet. Aufgrund der Zunahme der Elektronendichte zwischen den Kernen ist das kondensierende Orbital energiereicher als das bindende Orbital und das hydrogenetische Orbital. Im Molekül H2 besetzen keine Elektronen das kondensierende Orbital.,
Um diese Erkenntnisse über die relativen Energien der Bindung,Antibonding und atomicorbitals zusammenzufassen, können wir ein Orbitalkorrelationsdiagramm erstellen, shownin :
Beachten Sie, dass die Orbitale der getrennten Atome sind auf beiden Seiten des Diagramms als horizontale Linien in Höhen geschrieben, die ihre relativen Energien bezeichnen. Die Elektronen in jedem Atomorbital werden durch Pfeile dargestellt., In der Mitte des Diagramms befinden sich die molekularen Orbitale von ihnekül von Interesse. Gestrichelte Linien verbinden die übergeordneten Atomorbitale mit den tochtermolekularen Orbitalen. Im Allgemeinen sind die molekularen Orbitale in ihrer Energie niedriger als ihre Elternatomorbitale.In ähnlicher Weise sind Antibonding-Orbitale energiereicher als eines ihrerparenten Atomorbitale. Becausewe muss das gesetz der erhaltung der Energie gehorchen, die menge der stabilisierung der bindung orbitalmust gleich die menge der destabilisierung der bindung orbital, wie shownabove.,
Sie fragen sich vielleicht, ob die Lewis-Struktur und die molekulare orbitale Behandlung des Wasserstoffmoleküls miteinander übereinstimmen. Tatsächlich tun sie es. Die Lewis-Struktur fürH2 ist H-H, vorhersageneine einzelne Bindung zwischen jedem Wasserstoffatom mit zwei Elektronen in der Bindung.Das orbitale Korrelationsdiagramm sagt dasselbe voraus-zwei Elektronen füllen ein einziges bindingmolekulares Orbital. Um die Konsistenz der Lewisstrukturen mit der M. O.-Theorie weiter zu demonstrieren, werden wir eine Definition der Bindungsreihenfolge formalisieren-die Anzahl der Bindungenzwischen Atomen in einem Molekül.,Die Bindungsreihenfolge ist der Unterschied in der Anzahl der Elektronenpaare besetzendan abonding und abonding molekularen Orbital. Da Wasserstoff ein Elektronenpaar in seinem Bindungs-Orbital hat undnone in seinem Antibonding-Orbital sagt die molekulare Orbitaltheorie voraus, dass H2 eine Bindungsordnung von eins hat-das gleiche Ergebnis, das von Lewis-Strukturen abgeleitet ist.