57
HEMIJSKE VEZE HEMIJSKE VEZE

HEMIJSKA VEZA

  • Upload
    alentr

  • View
    1.009

  • Download
    10

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: HEMIJSKA VEZA

HEMIJSKE VEZEHEMIJSKE VEZE

Page 2: HEMIJSKA VEZA

Hemijske veze su sile koje drže atome (jone) na Hemijske veze su sile koje drže atome (jone) na okupu (zajedno) u hemijskom elementu ili jedinjenju.okupu (zajedno) u hemijskom elementu ili jedinjenju.

TIPOVI HEMIJSKIH VEZATIPOVI HEMIJSKIH VEZA

Postoje tri tipa idealiziranih modela hemijskih veza:Postoje tri tipa idealiziranih modela hemijskih veza: - - jonskajonska - kovalentna – dicentrična i policentična - kovalentna – dicentrična i policentična dielektronska, kao i koordinirano-kovalentna veza dielektronska, kao i koordinirano-kovalentna veza - metalna- metalna..

Page 3: HEMIJSKA VEZA

Jonska hemijska vezaJonska hemijska veza predstavlja sile predstavlja sile elektrostatskog privlačenja između pozitivno i elektrostatskog privlačenja između pozitivno i negativno naelektrisanih jona.negativno naelektrisanih jona.

Joni nastaju pri prijelazu elektrona sa atoma Joni nastaju pri prijelazu elektrona sa atoma manje elektronegativnosti na atom čija je manje elektronegativnosti na atom čija je elektronegatvnost veća (od metala ka nemetalu). elektronegatvnost veća (od metala ka nemetalu).

Pri tome, obrazuju se jonske kristalne rešetke sa Pri tome, obrazuju se jonske kristalne rešetke sa pravilnim rasporedom jona.pravilnim rasporedom jona.

Jonska jedinjenja su čvrste supstancije visoke Jonska jedinjenja su čvrste supstancije visoke temperature topljenja. temperature topljenja.

Page 4: HEMIJSKA VEZA

Metalna veza (Na) Kovalentna veza (Cl2) Jonska veza (NaCl)

Page 5: HEMIJSKA VEZA

Kovalentna hemijska vezaKovalentna hemijska veza je rezultat je rezultat djelovanja nukleusa dva atoma između kojih djelovanja nukleusa dva atoma između kojih se obrazuje veza, na lokalizaciju zajedničkog se obrazuje veza, na lokalizaciju zajedničkog elektronskog para.elektronskog para.

Ova veza je moguća između dva atoma, koji Ova veza je moguća između dva atoma, koji imaju približne vrijednosti koeficijenata imaju približne vrijednosti koeficijenata elektronegativnosti (dva nemetala): elektronegativnosti (dva nemetala):

e-

e-

p+ p+

Page 6: HEMIJSKA VEZA

Metalana vezaMetalana veza je rezultat djelovanja je rezultat djelovanja između katjona metala i delokaliziranih između katjona metala i delokaliziranih valentnih elektrona. valentnih elektrona.

Jačina ove veze zavisi od broja valentnih Jačina ove veze zavisi od broja valentnih elektrona koji učestvuju u njenom elektrona koji učestvuju u njenom ostvarenju.ostvarenju.

Page 7: HEMIJSKA VEZA

Hemijske veze u stvarnoj supstanciji, Hemijske veze u stvarnoj supstanciji, obično, nalaze se na prijelazu između obično, nalaze se na prijelazu između ovih tipova hemijskih veza.ovih tipova hemijskih veza.

Triangularni dijagram za elemente treće Triangularni dijagram za elemente treće periode pokazuje kontinuitet promjena periode pokazuje kontinuitet promjena veza između ovih ovih atoma:veza između ovih ovih atoma:

1.1. Jonska – kovalentna;Jonska – kovalentna;2.2. Jonska – metalna;Jonska – metalna;

3.3. Metalna – kovalentna.Metalna – kovalentna.

Page 8: HEMIJSKA VEZA

Jonska Metalna

KovalentnaCl2

S2 Cl2PCl3SiCl4AlCl3MgCl2NaCl

Cl 2

S 8

P 4

Si

Al

Mg

Na

NaCl Na2S Na3P NaSi NaAl NaMg Na

Kova

lentn

aKovalentna

Metalna

Jons

ka

Metalna

Jonska

Lijevo: Jedinjenja svakog elemenata sa hlorom: gradacija od jonske do kovalentne

veze.

Desno: Elementi 3. periode. Gradacija od kovalentne do

metalne veze.

Baza: Jedinjenja svakog

elemenata sa natrijem:

gradacija od jonske do

metalne veze.

Page 9: HEMIJSKA VEZA

Osobine kovalentne vezeOsobine kovalentne veze Dvije su osnovne karakteristike kovalentne veze:Dvije su osnovne karakteristike kovalentne veze:

Dužina vezeDužina veze (rastojanje između nukleusa vezanih (rastojanje između nukleusa vezanih atoma);atoma);

Energija vezeEnergija veze (jačina veze): promjena entalpije pri (jačina veze): promjena entalpije pri obrazovanju 1 mola veza gasne molekule iz atoma, obrazovanju 1 mola veza gasne molekule iz atoma, također, u gasovitom stanju.također, u gasovitom stanju.

Među jedinjenjima sa identičnim hemijskim vezama, Među jedinjenjima sa identičnim hemijskim vezama, navedene osobine odražavaju se na njihovu navedene osobine odražavaju se na njihovu reaktivnost. reaktivnost.

To je prikazano na dijagramu za kovalentne veze To je prikazano na dijagramu za kovalentne veze karbon tetrahalida (CXkarbon tetrahalida (CX44):):

Page 10: HEMIJSKA VEZA

150 175 200 225

Dužina veze, pm

500

400

300

200Ener

gija

vez

e, k

J m

ol-1

Reaktivnost

Kako dužina veze raste, tako energija veze opada.

Sa smanjenjem energije veze, reaktivnost molekule raste.

CF 4

CCl 4

CBr 4

CI 4

Page 11: HEMIJSKA VEZA

JONSKA HEMIJSKA VEZA

Na(g) Na+(g) + e- ΔE = + 5,14 eV

Cl(g) + e- Cl-(g) ΔE = - 3,61 eV

Na(g) + Cl(g) Na+(g) + Cl-

(g) ΔE = + 1,53 eV

Page 12: HEMIJSKA VEZA

Da bi se nagradio jon Na+(g) potrebno je

dovesti veću energiju od one koja se oslobodi pri nastajanju jona Cl-(g), tako da je sistem atoma Na i Cl stabilniji od njihovih jona. Međutim, usljed elektrostatskog privlačenja nagrađenih jona, obrazuje se jonski par Na+Cl-, pri čemu dolazi do oslobađanja energije ΔE = - 5,3 eV, te sistem jonskog para ima nižu energiju od sistema atoma iz kojih je nastao:

Page 13: HEMIJSKA VEZA

Na(g) + Cl(g) Na+(g) + Cl-

(g) ΔE = + 1,53 eV

Na+(g) + Cl-

(g) Na+Cl-(g) ΔE = - 5,30 eV

Na(g) + Cl(g) Na+Cl-(g) ΔE = - 3,80 eV

Općenito se može reći: Pri obrazovanju jonske hemijske veze dolazi do smanjenja energije sistema ( ΔHf < 0), zbog čega je ova veza visoko stabilna. Veza je elektrostatske prirode.

Page 14: HEMIJSKA VEZA

Pri rekciji između metalnog Na(s) i gasovitog hlora Cl(g) oslobađa se toplotna energija. Reakcija je egzotermna i ima negativnu vrijednost entalpije:

Na(s) + ½ Cl2(g) Na+Cl-(g) ΔH = - 364,80 kJ mol-1

1 mol + ½ mol 1 mol

Količina oslobođene toplote naziva se toplota nastajanja ili entalpija nastajanja (obrazovanja) jedinjenja (ΔHf).

Page 15: HEMIJSKA VEZA

Jonska jedinjenja u Jonska jedinjenja u jonskim parovimajonskim parovima postoje samo pri visokim temperaturamapostoje samo pri visokim temperaturama. .

Pri običnim temperaturama, to su Pri običnim temperaturama, to su čvrste čvrste supstancije, pravilnih geometrijskih oblikasupstancije, pravilnih geometrijskih oblika..

Zbog toga, jonska hemijska veza Zbog toga, jonska hemijska veza nema nema određenu prostornu orjentacijuodređenu prostornu orjentaciju, tj. ona nije , tj. ona nije usmjerena veza. usmjerena veza.

Trodimenzionalni raspored jona nastalih pri Trodimenzionalni raspored jona nastalih pri obrazovanju jonske hemijske veze naziva se obrazovanju jonske hemijske veze naziva se jonska kristalna rešetkajonska kristalna rešetka. Svaki jon ima svoj . Svaki jon ima svoj koordinacijski brojkoordinacijski broj..

Page 16: HEMIJSKA VEZA

U kristalu (Na+Cl-)n(s), taj broj je 6, tako da svaka interakcija između suprotno naelektrisanih jona iznosi samo 1/6 jačine veze između jonskog para u gasovitom agregatnom stanju (Na+Cl-(g)).

Dužina veze u jonskom paru gasovite molekule predstavlja uspostavljeno ravnotežno rastojanje između jona Na+ i Cl-, koje iznosi 0,0236 nm (određeno mikrotalasnom spektroskopijom).

Međujonsko rastojanje d između dva jona u jonskoj kristalnoj rešetki ravno je zbiru radijusa jona (d = r+ + r-); U kristalu NaCl d = 0,033 nm.

Page 17: HEMIJSKA VEZA

Jonska kristalna rešetka obrazuje se uz oslobađanje znatno veće količine energije,

od one koja se oslobađa pri nastajnju jonskog para.

Zbog toga, kristalna forma jonskog jedinjenja znatno je stabilnija, što se izražava

energijom kristalne rešetke. Energija kristalne rešetke nekog jonskog jedinjenja je ukupna količina energije koja

proizilazi iz elektrostatskih interakcija u cijeloj kristalnoj rešetki, a iskazuje se

količinom energije koja se oslobodi pri obrazovanju 1 mola kristalne supstancije iz jona u gasovitom

stanju.

Page 18: HEMIJSKA VEZA

Npr. energija kristalne rešetke natrijum hlorida iznosi –769,85 kJmol-1.

To je energija koja se oslobodi pri obrazovanju 1 mola kristalnog Na+Cl- iz

1 mola jona Na+(g) i 1 mola Cl-(g):

Na+

(g) + Cl-(g) Na+Cl-

(s)

ΔH = - 769,85 kJmol-1

Page 19: HEMIJSKA VEZA

Zbog velike količine energije koja se oslobađa pri obrazovanju jonske kristalne rešetke, jonska jedinjenja su stabilne čvrste supstancije velike tvrdoće i visokih temperatura topljenja.

Obično se rastvaraju u polarnim rastvaračima (npr. u H2O).

U čvrstom agregatnom stanju ne provode električnu struju, ali njihovi rastvori i rastopi je provode, jer su u tim sistemima njihovi joni pokretljiviji, te mogu prenositi elektrone od katode ka anodi.

Page 20: HEMIJSKA VEZA

Jonska jedinjenja grade elementi s-bloka – tipični metali čija je energija jonizacije mala, pri reakciji s elementima p-bloka - tipičnim nemetalima koji imaju veliki afinitet prema elektronu. Pri tome, obrazuju se pozitivno naelektrisani joni - katjoni metala i negativno naelektrisani joni - anjoni nemetala.

Sa porastom atomskog broja elementa u periodama u Tablici periodnog sistema, povećava se njihova energija jonizacije i afinitet prema elektronu.

To se smanjuje mogućnost obrazovanja elektropozitivnih jona, a povećava mogućnost obrazovanja elektronegativnih jona.

Page 21: HEMIJSKA VEZA

Sa porastom atomskog broja elementa u grupama, energija njihove jonizacije opada, što povećava mogućnost obrazovanja elktropozitivnih jona.

Elementi d- i f-bloka čija je energija jonizacije dovoljno niska, mogu obrazovati elektropozitivne jone, te tako s elementima veće elektronegativnosti obrazovati jonska jedinjenja. Najveći broj ovih elementa javlja se u više oksidacijskih stanja (npr. Fe2+ i Fe3+, Cu+ i Cu2+ itd.). Osim jonskih jedinjenja, ovi elementi mogu obrazovati i kompleksne jone.

Page 22: HEMIJSKA VEZA

KOVALENTNA HEMIJSKA VEZA

Lewisova teorija kovalentne veze (1916. g.), prema kojoj se veza između dva atoma uspostavlja obrazovanjem jednog ili više zajedničkih elektronskih parova, što ima stabilizirajući efekat za oba atoma.

Pri tome, obrazuje se stabilna konfiguracija plemenitog gasa iste periode.

Pri formiranja molekule H2 ,postiže se elektronska konfiguracija He (1s2), a za ostale atome konfiguracija posljednjeg energetskog nivoa ostalih plemenitih gasova - ns2np6 (pravilo okteta).

Ovo pravilo važi samo za elemente 1. i 2. kratke periode. Atomi ostalih elemenata mogu imati: 10, 12 i više elektrona pri obrazovanju kovalentnih molekula i koordinirano-kvalentnih jona i molekula.

Page 23: HEMIJSKA VEZA

Kovalentna veza naziva se i homeopolarna, za razliku od jonske, koja je heteropolarna.

Kovalentna veza može se obrazovati između dva ista atoma: N2, O2, F2 i dr. (homonuklearna veza).

Prema savremenoj kvantno - mehaničkoj teoriji kovalentne veze zadržan je Lewisov način obilježavanja kovalentne veze i pisanja kovalentnih jedinjenja.

Kovalentni par obilježava se crtom ─ i tako se dobije strukturna formula jedinjenja.

Page 24: HEMIJSKA VEZA

Ukoliko se prikažu elektronski parovi, dobije se elektronska formula jedinjenja:

Atomi hidrogena i atomi hlora su kovalentno jednovalentni, jer mogu graditi samo jednu kovalentnu vezu. To je jednoguba – jednostruka ili obična kovalentna veza.

Atom oksigena u reakciji sa atomima hidrogena gradi dvije jednogube Atom oksigena u reakciji sa atomima hidrogena gradi dvije jednogube kovalentne veze:kovalentne veze:

H H H x + O + x H O H ili O – H

. . . . X. + .Y X:Y ili X-Y H. + .Cl: H :Cl: . . . .

xx

Page 25: HEMIJSKA VEZA

Primjeri:Primjeri: Broj kovalentnih veza koje mogu Broj kovalentnih veza koje mogu obrazovati elementi druge periode p-bloka obrazovati elementi druge periode p-bloka

iznosi: iznosi: B (3); C (4); N (3); O (2); F (1).B (3); C (4); N (3); O (2); F (1). Između dva atoma mogu se obrazovati Između dva atoma mogu se obrazovati dvije dvije ((dva dva

elektronska paraelektronska para)) ili tri ili tri kovalentne veze (kovalentne veze (tri tri elektronska paraelektronska para).).

Pri tome, obrazuju se Pri tome, obrazuju se dvostruke (dvostruke (dvogubedvogube) i ) i trostruke (trostruke (trogubetrogube) veze. ) veze.

Primjeri:Primjeri: Nezasićeni karbohidrogeni – alkani, Nezasićeni karbohidrogeni – alkani, alkeni, aromatični alkeni, aromatični karbohidrogenikarbohidrogeni::

Page 26: HEMIJSKA VEZA

C C

H H

H H

C C

HC

CH

CHCH

CH

CHH H

ETEN ACETILEN (ETIN) BENZEN

Page 27: HEMIJSKA VEZA

Kvantno – mehanička teorija kovalentne vezeKvantno – mehanička teorija kovalentne vezeSavremeno poimanje kovalentne veze Savremeno poimanje kovalentne veze zasniva se na kvantno-mehaničkom pristupu, zasniva se na kvantno-mehaničkom pristupu, pri čemu se pribjegava izvjesnim pri čemu se pribjegava izvjesnim aproksimacijama. U suštini postoje dvije aproksimacijama. U suštini postoje dvije teorije:teorije:

– Atomsko- orbitalna ili valenciono-strukturnaAtomsko- orbitalna ili valenciono-strukturna (1927. g. Heitler, London; 1930. g. Pauling i (1927. g. Heitler, London; 1930. g. Pauling i Slater);Slater);

– Molekulsko- orbitalna teorijaMolekulsko- orbitalna teorija (1930. g. Hund i (1930. g. Hund i Muliken).Muliken).

Page 28: HEMIJSKA VEZA

Prema Prema atomsko-orbitalnoj teorijiatomsko-orbitalnoj teoriji, pri , pri obrazovanju kovalentne veze između atoma, obrazovanju kovalentne veze između atoma, ne ne

uzimaju se u obzir modifikacije atomskih uzimaju se u obzir modifikacije atomskih orbitala,orbitala, iako se elektroni nalaze u sferi iako se elektroni nalaze u sferi

djelovanja oba nukleusa.djelovanja oba nukleusa.

+ +

- -

Elektrostatičke sile privlačenja i odbijanja pri interakciji dva atoma hidrogena

Page 29: HEMIJSKA VEZA

ATOMSKO-ORBITALNA TEORIJA ATOMSKO-ORBITALNA TEORIJA KOVALENTNE VEZE:KOVALENTNE VEZE:

1s i 1s

Prekrivanje 1s orbitala atoma hidrogena

Page 30: HEMIJSKA VEZA

Epot. ( eV) 4 0

- 4,72 eV -4 r (pm) 74 150 250

Potencijalna energija sistema koji se sastoji iz dva atoma hidrogena u funkciji rastojanja između njihovih

nukleusa

Page 31: HEMIJSKA VEZA

Prema Prema molekulsko-orbitalnoj teorijimolekulsko-orbitalnoj teoriji, pri , pri obrazovanju kovalentne veze između obrazovanju kovalentne veze između

atoma, dolazi de redistribucije elektrona atoma, dolazi de redistribucije elektrona na na energetske nivoe molekulskih orbitalaenergetske nivoe molekulskih orbitala, ,

na koje djeluju nukleusi svih atoma koji na koje djeluju nukleusi svih atoma koji učestvuju u formiranju veze. učestvuju u formiranju veze.

To podrazumjeva značajne promjene u To podrazumjeva značajne promjene u perifernim elektronskim slojevima atoma, perifernim elektronskim slojevima atoma, pri čemu dolazi do formiranja molekulskih pri čemu dolazi do formiranja molekulskih

orbitala. orbitala.

Page 32: HEMIJSKA VEZA

Ako se dva atoma A i B dovoljno približe, Ako se dva atoma A i B dovoljno približe, tako da se njihove atomske orbitale tako da se njihove atomske orbitale opisane talasnim funkcijama opisane talasnim funkcijama AA i i BB, , djelimično prekriju, djelimično prekriju, svaki elektron u svaki elektron u nastalom sistemu opisuje se novom nastalom sistemu opisuje se novom

talasnom funkcijom talasnom funkcijom MOMO, kojom se , kojom se opisuje opisuje novoformirana molekulska orbitala – novoformirana molekulska orbitala –

simetrična u odnosu na internuklearnusimetrična u odnosu na internuklearnu osu, osu, cilindričnog tipa: cilindričnog tipa:

MOMO = N ( = N (AA + + BB))

gdje je gdje je NN – koeficijent normalizacije. – koeficijent normalizacije.

Page 33: HEMIJSKA VEZA

Što je Što je veća vrijednost za veća vrijednost za MOMO u oblasti u oblasti prekrivanja atomskih orbitalaprekrivanja atomskih orbitala, to je i vjerovatnoća , to je i vjerovatnoća nalaženja elektrona (nalaženja elektrona (MOMO

22) u tom prostoru veća. ) u tom prostoru veća. To znači, da su To znači, da su privlačne sileprivlačne sile između nukleusa i između nukleusa i

elektrona veće od elektrona veće od repulsivnih silarepulsivnih sila između između nukleusa i između elektrona.nukleusa i između elektrona.

Broj molekulskih orbitalaBroj molekulskih orbitala jednak je broju jednak je broju atomskih orbitalaatomskih orbitala koje se djelimično prekrivaju. koje se djelimično prekrivaju.

Prekrivanjem dviju atomskih orbitala bliske Prekrivanjem dviju atomskih orbitala bliske energije i iste simetrije u odnosu na energije i iste simetrije u odnosu na

internuklernu osuinternuklernu osu, uvijek , uvijek nastaju jedna vezivna nastaju jedna vezivna i jedna antivezivna molekulska orbitalai jedna antivezivna molekulska orbitala..

Page 34: HEMIJSKA VEZA

Prekrivanjem atomskih orbitala Prekrivanjem atomskih orbitala istog algebarskog predznaka (+ istog algebarskog predznaka (+ i + ili - i -),i + ili - i -), čiji su talasi u istoj fazi, čiji su talasi u istoj fazi, nastaje vezivna molekulska nastaje vezivna molekulska

orbitala orbitala koja se označava sakoja se označava sa , a opisuje se funkcijom , a opisuje se funkcijom MOMO..

MOMO = N( = N(AA + + BB))

Ova orbitala je simerična u odnosu na internuklearnu osu, Ova orbitala je simerična u odnosu na internuklearnu osu, cilindričnog je tipa. cilindričnog je tipa.

Preklapanjem talasa u istoj fazi, zbog njihove interferencije, obrazuje se talas veće amplitude.

Veća vrijednost za MO u regionu prekrivanja atomskih orbitala, uslovljava i veću vrijednost za vjerovatnost nalaženja elektrona

MO2, usljed čega su sile privlačenja između nukleusa i

elektrona veće od sila repulsije između nukleusa i između elektrona. To omogućava da se atomi drže na okupu, odnosno,

da se obrazuje molekul.

Page 35: HEMIJSKA VEZA

+-

+ -

ili

ili

Neki tipovi orbitale duž internukearne ose-MO orbitale mogu se obrazovati

prekrivanjem (+ ili -) atomskih orbitala koje su aksijalno simetrične s internulearnom osom. To mogu samo s- i pz- atomske

orbitale.

-MO u nodalnoj ravni, koja je okomita na inernulernu osu, talasna funkcija ima nultu

amplitudu. U jednostavnim diatomim molekulama ili bilo kojim drugim lineranim molekulama, - MO obrazuju parovi px i py

atomskih orbitala, koje se bočno prekrivaju.

-MO imaju dvije nodalne ravni, međusobno okomite.

-MO ne mogu obrazovati s- i p-orbitale. One se obrazuju samo pri prkrivanju d-orbitala (dvije dxy ili dvije dx2 – y2.

One su karakteristične za neka jedinjenja prijelaznih metala.

+ ++ +

- -- -

+

-

+ -

Page 36: HEMIJSKA VEZA

Djelimičnim prekrivanjem atomskih orbitala Djelimičnim prekrivanjem atomskih orbitala suprotnog algebarskog predznaka (+ i -),suprotnog algebarskog predznaka (+ i -), čiji čiji talasi nisu u istoj fazi, talasi nisu u istoj fazi, nastaje antivezivna nastaje antivezivna molekulska orbitalamolekulska orbitala koja se označava sa koja se označava sa *,*, a opisuje se talasnom funkcijom a opisuje se talasnom funkcijom MOMO**::

MOMO* = N* = N((AA + (- + (-BB)) iliili MOMO* = N(* = N(AA - - BB))

Rezultirajuća molekulska orbitala, usljed Rezultirajuća molekulska orbitala, usljed interferencije talasa koji nisu u istoj fazi, interferencije talasa koji nisu u istoj fazi,

manje je amplitudemanje je amplitude

Page 37: HEMIJSKA VEZA

Zbog Zbog interferencije interferencije talasa atomskih orbitala koji talasa atomskih orbitala koji su u suprotnoj fazi, u prostoru su u suprotnoj fazi, u prostoru između dva između dva

nukleusa stvara se nodus (čvor) u kojem je nukleusa stvara se nodus (čvor) u kojem je MOMO = 0 = 0, te je i , te je i vjerovatnoća nalaženja elektrona vjerovatnoća nalaženja elektrona

MOMO22 = 0 = 0, ,

U prostoru između nukleusa elektronska gustina U prostoru između nukleusa elektronska gustina je vrlo mala. je vrlo mala.

Zbog toga, Zbog toga, sile repulsijesile repulsije između nukleusa i između nukleusa i između elektrona između elektrona jače sujače su od sila privlačenja od sila privlačenja

između nukleusa i elektrona. Otuda,antivezivna između nukleusa i elektrona. Otuda,antivezivna orbitala nema tendenciju da drži atome na orbitala nema tendenciju da drži atome na

okupu. Ona je, također, aksijano simetrična u okupu. Ona je, također, aksijano simetrična u odnosu na internuklearnu osu.odnosu na internuklearnu osu.

Page 38: HEMIJSKA VEZA

Energija vezivne molekulskeEnergija vezivne molekulske orbitale orbitale niža jeniža je od od od od energije atomskih orbitalaenergije atomskih orbitala, što uslovljava , što uslovljava stabilnost sistema, odnosno stabilnost veze stabilnost sistema, odnosno stabilnost veze uspostavljene između atoma koji obrazuju uspostavljene između atoma koji obrazuju

molekulu. molekulu. Energija vezivne molekulske orbitale (Energija vezivne molekulske orbitale (MOMO) niža ) niža je od od energije atomskih orbitala za vrijednost je od od energije atomskih orbitala za vrijednost

(() i naziva se ) i naziva se stabilizaciona energija.stabilizaciona energija.Enegija antivezivne molekulskeEnegija antivezivne molekulske orbitale (viša je orbitale (viša je

od energije inicijalnih atomskih orbitala za od energije inicijalnih atomskih orbitala za energiju energiju destabilizacije destabilizacije (()). .

To znači da je stabilnost veze između atoma to To znači da je stabilnost veze između atoma to manja, što je broj antivezivnih elektrona veći. manja, što je broj antivezivnih elektrona veći.

Page 39: HEMIJSKA VEZA

Energetski nivoi atomskih orbitala A i B Energije vezivnih MO

(atoma A i B) i molekulskih orbitala MO i anivezivnih MO*

i MO* nastalih njihovim perkrivanjem molekulskih orbitala

MO* E E MO* A B 0 rAB MO rAB MO

Page 40: HEMIJSKA VEZA

Do obrazovanja molekuleDo obrazovanja molekule može doćimože doći samo ako samo ako je je broj elektrona u vezivnimbroj elektrona u vezivnim orbitalama orbitalama veći od veći od

broja elektrona u antivezivnimbroja elektrona u antivezivnim orbitalama. orbitalama. Broj veza koje se uspostavljaju između atoma Broj veza koje se uspostavljaju između atoma

označava se označava se veličinom reda vezeveličinom reda veze::

Red vezeRed veze = ½ = ½ (Br. el. u vezivnim MO - Br. el. u antivez. MO) (Br. el. u vezivnim MO - Br. el. u antivez. MO)

Svaka molekulska orbitalaSvaka molekulska orbitala (i vezivna i (i vezivna i antivezivna), kao i atomska, može antivezivna), kao i atomska, može primiti primiti maksimalno dva elektronamaksimalno dva elektrona čiji su spinovi čiji su spinovi

antiparaleni. antiparaleni.

Page 41: HEMIJSKA VEZA

Raspored elektrona u homonuklearnim diatomim Raspored elektrona u homonuklearnim diatomim molekulama atoma prva dva kvantna nivoamolekulama atoma prva dva kvantna nivoa

2pY2 *2py

2 1s2, *1s2, 2s2, *2s2, 2pZ

2, , * pZ2

2pX2 * 2pX

2

Energija molekulske orbitale

Page 42: HEMIJSKA VEZA

Energetski nivoi homonuklearnih

diatomih molekula

O R B I T A L E Atomske Molekulske Atomske E *2pZ *2py

*2pX

2pZ 2pZ 2pX, 2pY 2pX, 2pY

2pY

2pX 2pZ

*2s 2s 2s 2s

*1s 1s 1s 1s

Page 43: HEMIJSKA VEZA

Prekrivanja atomskih orbitala u homonuklearnim Prekrivanja atomskih orbitala u homonuklearnim diatomim molekulama prema MOLEKULSKO – diatomim molekulama prema MOLEKULSKO – ORBITALNOJ TEORIJI KOVALENTNE VEZE:ORBITALNOJ TEORIJI KOVALENTNE VEZE:

+ + . .++

s1 i s2 s - vezivna orbitala

+ - + . + - . -

s1 i s2 *s-antivezivna molekulska orbitala

Page 44: HEMIJSKA VEZA

- + + - - + +

-

pZ1 i pZ2 p-vezivna molekulska orbitala

- + - - + ++ -

pZ1 i pZ2 p* - antivezivna molekulska orbitala

Page 45: HEMIJSKA VEZA

+ . + -+ + -

s1 i pz 2 sp –vezivna molekulska orbitala

+ - + - ++ . +

s1 i pz 2 *sp- antivezivna molekulska orbitala

Page 46: HEMIJSKA VEZA

A B A B

+ +

-

+

- -

A B

px1 ili py1 i px2 ili py2 xp ili yp – vezivna molekulska orbitala

A B A

-

+ -

- +

A B

+ -

+

px1 ili py1 i px2 ili py2 xp* ili yp* - antivezivna molekulska orbitala

Page 47: HEMIJSKA VEZA

Koordinirano-kovalentna vezaKoordinirano-kovalentna veza

Interakcija između jona metala i liganada može Interakcija između jona metala i liganada može biti posmatrana kao reakcija između Lewis-ove biti posmatrana kao reakcija između Lewis-ove

kiseline i Lewis-ove baze. Pri tome, ligand kiseline i Lewis-ove baze. Pri tome, ligand djeluje kao donor elektronskog para tj. kao djeluje kao donor elektronskog para tj. kao

Lewis-ova baza, a jon metala kao akceptor tog Lewis-ova baza, a jon metala kao akceptor tog elektronskog para kojeg prima na praznu elektronskog para kojeg prima na praznu

orbitalu i pri tome igra ulogu Lewis-ove kiseline. orbitalu i pri tome igra ulogu Lewis-ove kiseline. Pri tome se formira koordinarano - kovalentna Pri tome se formira koordinarano - kovalentna veza između liganda – donora i jona metala – veza između liganda – donora i jona metala –

akceptora elektronskog para.akceptora elektronskog para.

Page 48: HEMIJSKA VEZA

Pri tome, prazne hibridne orbitale jona metala koriste Pri tome, prazne hibridne orbitale jona metala koriste se za obrazovanje koordinacijske veze, ovisno o broju se za obrazovanje koordinacijske veze, ovisno o broju

i rasporedu liganada. Npr. za «smještaj» slobodnih i rasporedu liganada. Npr. za «smještaj» slobodnih elektronskih parova od šest molekula amonijaka koje elektronskih parova od šest molekula amonijaka koje

djeluju kao ligandna čestica, potrebno je 6 praznih djeluju kao ligandna čestica, potrebno je 6 praznih hibridnih atomskih orbitala koje su oktaedarski hibridnih atomskih orbitala koje su oktaedarski

raspoređene u oktaedru raspoređene u oktaedru Co(NHCo(NH33))663+3+ treba. treba.

Oktaedarski raspored orbitala formira se hibridizacijom Oktaedarski raspored orbitala formira se hibridizacijom dvije d, jedne s i tri p orbitala koje daju 6 ddvije d, jedne s i tri p orbitala koje daju 6 d22spsp33 orbitala. orbitala.

Pri ovakavom rasporedu hibridnih orbitala jona CoPri ovakavom rasporedu hibridnih orbitala jona Co3+,3+, svaka od njih može primiti po jedan slobodni svaka od njih može primiti po jedan slobodni

elektronski par elektronski par :NH:NH33 – – liganada, pri čemu se formira liganada, pri čemu se formira kompleksni katjon kompleksni katjon Co(NHCo(NH33))66

3+3+..

Page 49: HEMIJSKA VEZA

Danas postoje tri teorije o međusobnom vezivanju Danas postoje tri teorije o međusobnom vezivanju jona metala i ligandnih čestica u koordinacijskim jona metala i ligandnih čestica u koordinacijskim

kompleksima:kompleksima:

- Teorija kristalnog polja;- Teorija kristalnog polja; - Teorija ligandnog polja i - Teorija ligandnog polja i

- Molekulsko – orbitalna teorija.- Molekulsko – orbitalna teorija.

Prema prvoj teoriji, cjelina koordinacijskog kompleksa Prema prvoj teoriji, cjelina koordinacijskog kompleksa zavisi, isključivo od elekrostatskih sila privlačenja zavisi, isključivo od elekrostatskih sila privlačenja

centralnog jona metala i ligandnih čestica, što može centralnog jona metala i ligandnih čestica, što može biti interakcija između pozitivnih jona metala i biti interakcija između pozitivnih jona metala i

negativnih jona liganda ili elektrostatsko privlačenje negativnih jona liganda ili elektrostatsko privlačenje između pozitivnih jona metala i dipola kovalentnih između pozitivnih jona metala i dipola kovalentnih

molekula liganda. molekula liganda.

Page 50: HEMIJSKA VEZA

Raspored liganda oko centralnog jona metala (Fe2+) u koordinacijskom kompleksu [Fe (CN)6]4- je oktaedrijski

Page 51: HEMIJSKA VEZA

Pri ovakvom rasporedu, periferne elektrone jona Pri ovakvom rasporedu, periferne elektrone jona metala potiskuju negativno naelektrisane metala potiskuju negativno naelektrisane

ligandne čestice, što naročito dolazi do izražaja ligandne čestice, što naročito dolazi do izražaja u smjeru osa oktaedra duž kojih su smješteni u smjeru osa oktaedra duž kojih su smješteni

negativno naelektrisani ligandi.negativno naelektrisani ligandi.

U većini koordinacijskih kompleksa, joni U većini koordinacijskih kompleksa, joni prijelaznih metala u perifernom sloju sadrže d-prijelaznih metala u perifernom sloju sadrže d-elektrone koji su energetski jednaki. Orjentacija elektrone koji su energetski jednaki. Orjentacija

d-orbitala u prostoru je takva, da od pet d-d-orbitala u prostoru je takva, da od pet d-orbitala, dvije (dorbitala, dvije (dz2z2 i d i dx2 – y2x2 – y2) leže duž osa oktaedra. ) leže duž osa oktaedra.

One su u kompleksnim jonima direktno One su u kompleksnim jonima direktno usmjerene prema negativno naelektrisanim usmjerene prema negativno naelektrisanim

ligandima, te između njih dolaze do snažnog ligandima, te između njih dolaze do snažnog izražaja sila repulsije.izražaja sila repulsije.

Page 52: HEMIJSKA VEZA

Lobusi ostalih triju d-orbtale (dLobusi ostalih triju d-orbtale (dxyxy, d, dxzxz, d, dyzyz) ) usmjereni su između osa, te između njih i usmjereni su između osa, te između njih i elektrona ligandnih čestica djeluju sile repulsije elektrona ligandnih čestica djeluju sile repulsije manjeg intenziteta, zbog čega su one enegetski manjeg intenziteta, zbog čega su one enegetski niže od dniže od dz2z2 i d i dx2 – y2x2 – y2..

Ova razlika u energiji d-orbitala pri oktaedarskoj Ova razlika u energiji d-orbitala pri oktaedarskoj simetriji negativnog naelektrisanja ligandnih simetriji negativnog naelektrisanja ligandnih čestica, označava se sa čestica, označava se sa EE. Ona je jednaka . Ona je jednaka energiji fotona vidljive svjetlosti, zbog čega su energiji fotona vidljive svjetlosti, zbog čega su koordinacijski kompleksi prijelaznh metala koordinacijski kompleksi prijelaznh metala obojeniobojeni. Boja kompleksa zavisi od razlike u . Boja kompleksa zavisi od razlike u energiji d-orbitala (energiji d-orbitala (E), odnosno, od prirode jona E), odnosno, od prirode jona metala i prirode liganda.metala i prirode liganda.

Page 53: HEMIJSKA VEZA

Primjeri:Primjeri: DeoksihemoglobinDeoksihemoglobin je je plavo obojenplavo obojen, zbog , zbog male razlike u energiji d-orbitala (male razlike u energiji d-orbitala (E), pa E), pa apsorbira apsorbira narandžastunarandžastu svjetlost iz vidljivog svjetlost iz vidljivog dijela spektra. dijela spektra.

OksihemoglobinOksihemoglobin je je crveno obojencrveno obojen, zbog , zbog veće razlike u energiji d-orbitala (veće razlike u energiji d-orbitala (E), pa E), pa apsorbira apsorbira zelenu zelenu svjetlost iz vidljivog dijela svjetlost iz vidljivog dijela spektra, koja je veće energije, a manjih spektra, koja je veće energije, a manjih talasnih dužina. talasnih dužina.

Page 54: HEMIJSKA VEZA

x

dz2-orbitala

z

y

z

y x

z z z

yy

yx xx

dx2 - y2 -orbitala

dyz -orbitala dxy -orbitala dxz -orbitala

Page 55: HEMIJSKA VEZA

____ ________ ____

___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___

____ ____ ________ ____ ____

dz2 dx

2- y

2 dxy dxz dyz

dz2 dx

2 – y2

dxy dxz dyz

E

Razdvajanje energetskih nivoa d-orbitala pod utjecajem negativno naelektrisanih ligandnih čestica

Page 56: HEMIJSKA VEZA

Druga teorija koordinacijskih kompleksa –Druga teorija koordinacijskih kompleksa –teorija teorija ligandnog poljaligandnog polja proizilazi iz teorije kristalnog polja, ali proizilazi iz teorije kristalnog polja, ali dozvoljava i nekekovalentne interakcije između dozvoljava i nekekovalentne interakcije između orbitala metala i liganda.orbitala metala i liganda.

Treća – Treća – molekulsko-orbitalna teorijamolekulsko-orbitalna teorija zasniva se na zasniva se na primjeni molekulskih orbitala na koordinacijske primjeni molekulskih orbitala na koordinacijske komplekse. Uslovljena je, uglavnom, kovalentnim komplekse. Uslovljena je, uglavnom, kovalentnim interakcijama centralnog jona metala i liganda, s tim interakcijama centralnog jona metala i liganda, s tim da ligandi daju elektronske parove za obrazovanje da ligandi daju elektronske parove za obrazovanje vezivnih i antivezivnih, a nekada i nevezivnih vezivnih i antivezivnih, a nekada i nevezivnih molekulskih orbitala. molekulskih orbitala.

Smatra se, da su u kompleksima antivezivne i Smatra se, da su u kompleksima antivezivne i nevezivne orbitale bliže centralnom jonu metala, a nevezivne orbitale bliže centralnom jonu metala, a vezivne bliže ligandima. Nespareni elektroni, prema vezivne bliže ligandima. Nespareni elektroni, prema ovoj teoriji, nalaze se u polju djejstva svih atoma ovoj teoriji, nalaze se u polju djejstva svih atoma komlpleksa. komlpleksa.

Page 57: HEMIJSKA VEZA

H3N

NH3

NH3H3N

H3N NH3Co3+