3.3.Co to jest wiCo to jest wiąązanie chemiczne?zanie chemiczne?

1.1.Dlaczego atomy Dlaczego atomy łąłączcząą sisięę w czw cząąsteczki?steczki?

2.2.Jak atomy Jak atomy łąłączcząą sisięę w czw cząąsteczki?steczki?

CzCząąsteczkisteczki

Co to jest rzCo to jest rząąd wid wiąązania?zania?

Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??

Dlaczego atomy Dlaczego atomy łąłączcząą sisięę??

Opis termodynamicznyOpis termodynamicznyOpis kwantowyOpis kwantowy

CzCząąsteczki steczki homojhomojąądrowedrowe

Jak atomy Jak atomy łąłączcząą sisięę??

Liniowa kombinacja orbitali atomowych (LCAO)

Weźmy 2 atomy wodory i utwórzmy molekułę H2

bbaa cc ψψψ +=Jak utworzyJak utworzyćć orbitalorbital molekularny?molekularny?

+a b a b

Jak atomy Jak atomy łąłączcząą sisięę??

beaeabbeaebeae VVVVTTH ,,,,ˆˆˆˆˆˆˆ

−−− +++++=JakJakąą postapostaćć ma operator energii?ma operator energii?

energia kinetyczna elektronów energia potencjalna

elektronów w polu jąder

energia potencjalna jąder a i b

energia potencjalna elektronów z atomów a i b

Jak atomy Jak atomy łąłączcząą sisięę??

JakJakąą postapostaćć ma funkcja falowa molekuma funkcja falowa molekułły Hy H22??

)1()1( scsc bbaaMO ψψψ +=Przepis na orbital molekularny (MO): liniowa kombinacja orbitali atomowych

Cała sztuka przy poszukiwaniu funkcji falowej ΨMOsprowadza się zatem do poszukania wartości współczynników ca i cb

CaCałła sztuka przy poszukiwaniu funkcji falowej a sztuka przy poszukiwaniu funkcji falowej ΨΨMOMOsprowadza sisprowadza sięę zatem do poszukania wartozatem do poszukania wartośści ci wspwspóółłczynnikczynnikóów w ccaa i i ccbb

Jak atomy Jak atomy łąłączcząą sisięę??

JakJakąą postapostaćć ma funkcja falowa molekuma funkcja falowa molekułły Hy H22??

1)1()1(1)1()1(

2,

1,

=−=−=

==+=

babaMO

babaMO

ccssccss

ψψψψψψ

Liniowa kombinacja polega na tym, że z 2 orbitali atomowych powstają zawsze 2 orbitale molekularne, itd…Liniowa kombinacja polega na tym, Liniowa kombinacja polega na tym, żże z 2 orbitali e z 2 orbitali atomowych powstajatomowych powstająą zawsze 2 orbitale molekularne, zawsze 2 orbitale molekularne, itditd……

Jak atomy Jak atomy łąłączcząą sisięę??

JakJakąą postapostaćć ma gma gęęstostośćść prawdopodobieprawdopodobieńństwastwaΨΨ22

MOMO molekumolekułły Hy H22??

( )( )

( )( ))1()1(2)1()1(

)1()1(

)1()1(2)1()1(

)1()1(

222

2222,

222

2221,

ssssN

ssN

ssssN

ssN

baba

baMO

baba

baMO

ψψψψ

ψψψ

ψψψψ

ψψψ

−+=

=−=

++=

=+=

N – współczynnik normujący funkcję

Co to jest wiCo to jest wiąązanie?zanie?

a b+ +

)1()1(1, ss baMO ψψψ += 0

23

0

12 ar

ba ea

−

==ψψ

1sa 1sb

wzmocnienie

orbitalorbital wiwiążąążącycy

Co to jest wiCo to jest wiąązanie?zanie?

1sa

1sb

osłabienie - wygaszenie

)1()1(1, ss baMO ψψψ −=

a b+ - +

-

Co to jest wiCo to jest wiąązanie?zanie?

wzmocnienie2

1,MOψ

osłabienie

r

gęst

ość

praw

dopo

dobi

eńst

wa

a b r

gęst

ość

praw

dopo

dobi

eńst

wa

a b

Co to jest wiCo to jest wiąązanie?zanie?

orbital antywiążący

orbital wiążący

energia

Co to jest wiCo to jest wiąązanie?zanie?

poziomy energii elektronów

rozkład gęstości prawdopodobieństwa

EMO2

1sA

H2HA HB

1sB

MO1

Energy diagram

(a)

Electron probability distri

+ +

+ +(b)

Ha H2 Hb

1sa 1sb

Co to jest wiCo to jest wiąązanie?zanie?

*12,

11,

sMO

sMO

σψ

σψ

=

= orbitalorbital wiwiążąążącycy

orbitalorbital antywiantywiążąążącycy

Reguły zapełniania orbitali molekularnych:minimum energiizakaz Pauliegoreguła Hunda

Co to jest rzCo to jest rząąd wid wiąązania?zania?

R=ne na orbitalu wiążącym - ne na orbitalu antywiążącym

2

2

*ee nnR −

=

Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??

Która cząsteczka istnieje?

H2+ H2 He2

+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2

21

201=

−=R1s 1s

H H+

[ ] ( )112 sH σ=+

σ1s

σ*1s

12

02=

−=R

Która cząsteczka istnieje?

H2+ H2 He2

+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2

Która cząsteczka jest bardziej trwała?

Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??

1s 1s

H H

[ ] ( )212 sH σ=

σ1s

σ*1s

12

02=

−=R

Która cząsteczka istnieje?

H2+ H2 He2

+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2

Która cząsteczka jest bardziej trwała?

21

201=

−=R

Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??

21

212=

−=R

Która cząsteczka istnieje?

H2+ H2 He2

+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2

Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??

1s 1s

He He+

[ ] ( ) ( )1*1

212 ssHe σσ=+

σ1s

σ*1s

02

22=

−=R

Która cząsteczka istnieje?

H2+ H2 He2

+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2

He2 nie istnieje

Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??

1s 1s

He He+

[ ] ( ) ( )2*1

212 ssHe σσ=

σ1s

σ*1s

21

223=

−=R

Która cząsteczka istnieje?

H2+ H2 He2

+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2

[ ] ( ) ( ) ( )122*

12

12 sssLi σσσ=+

Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??

1s 1s

Li Li+

2s 2s

σ1s

σ*1s

σ2s

σ*2s

12

24=

−=R

Która cząsteczka istnieje?

H2+ H2 He2

+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2

[ ] ( ) ( ) ( )222*

12

12 sssLi σσσ=

Która cząsteczka jest bardziej trwała?

Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??

1s 1s

Li Li

2s 2s

σ1s

σ*1s

σ2s

σ*2s

21

234=

−=R

Która cząsteczka istnieje?

H2+ H2 He2

+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2

[ ] ( ) ( ) ( ) ( )1*2

22

2*1

212 ssssBe σσσσ=+

Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??

1s 1s

Be Be+

2s 2s

σ1s

σ*1s

σ2s

σ*2s

02

44=

−=R

Która cząsteczka istnieje?

H2+ H2 He2

+ He2 Li2+ Li2 Be2+ Be2

[ ] ( ) ( ) ( ) ( )2*2

22

2*1

212 ssssBe σσσσ=+

Be2 nie istnieje

Jak przewidywaJak przewidywaććtrwatrwałłoośćść molekumolekułł??

1s 1s

Be Be

2s 2s

σ1s

σ*1s

σ2s

σ*2s

Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??

09_190

2py 2py

2px 2px

Antibonding

Bonding

σ2p

σ*2p

Antibonding

Bonding

π*2p

π2p

(b)

(a)

Jakie typy orbitali molekularnych tworzJakie typy orbitali molekularnych tworząą sisięęz orbitali atomowych typu p?z orbitali atomowych typu p?

Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??

Jakie typy orbitali molekularnych tworzJakie typy orbitali molekularnych tworząą sisięęz orbitali atomowych typu z orbitali atomowych typu pp??

(a)

B B

ππ σ

Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??

Z jakich orbitali tworzZ jakich orbitali tworząą sisięę wiwiąązania zania σσ??

s s+

s-orbital s-orbital σ-bonding MO

p p+

p-orbital p-orbital σ-bonding MO

s p

s-orbital

+

p-orbital σ-bonding MO

Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??

Z jakich orbitali tworzZ jakich orbitali tworząą sisięę wiwiąązania zania ππ??

p p p d

Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??

PrzykPrzykłładad

(a)

B B

B2 [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )121

22*

22

22*

12

12 ppssssB ππσσσσ=

2s 2s

σ1s

σ*1s

2p 2p

π2p

σ2p

π*2p

Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??

PrzykPrzykłładad N2 [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )222

22

22*

22

22*

12

12 zyx pppssssN ππσσσσσ=

2s 2s2s 2s2s 2s

σ1s

σ*1s

σ*2p

2p 2p

π2p

σ2p

π*2p

E

Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??

PrzykPrzykłładad O2 [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )1*2

1*2

22

22

22

2*2

22

2*1

212 zyzyx pppppssssN ππππσσσσσ=

2s 2s2s 2s2s 2s

2p 2p

σ1s

σ*1s

π2p

σ*2p

σ2p

π*2p

E

Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??

PrzykPrzykłładad F2 [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2*2

2*2

22

22

22

2*2

22

2*1

212 zyzyx pppppssssN ππππσσσσσ=

2s 2s2s 2s2s 2s

2p 2p

σ1s

σ*1s

π2p

σ*2p

σ2p

π*2p

E

E

σ2p*

π2p*

σ2p

π2p

σ2s*

σ2s

B 2 C 2 N 2 O 2 F 2

σ 2s

σ 2s*

σ 2p

π 2p

π 2p*

σ 2p*

Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??

parapara

121121

495495

22

diadiadiadiadiadiaparaparamagnetycznomagnetycznośćść

143143110110131131159159DDłługougośćść

154154942942620620280280Energia dysocjacjiEnergia dysocjacji

11332211RzRząąd wid wiąązaniazania

Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

0.5 1 1.5 2 2.5 3

rząd wiązania

dług

ość

wią

zani

a O22-

O2-

O2

O2+

BaO2

KO2

O2PtF6

przykłady związków

CzCząąsteczki steczki heterojheterojąądrowedrowe

Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??

09_199

H nucleus F nucleus

09_198

E

1s

HFmolecule

Hatom

Fatom

2p

σ

σ*

PrzykPrzykłładad HF

Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??

PrzykPrzykłładad LiH

Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??

wiwiąązania zania zdelokalizowanezdelokalizowane

Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??

09_203

H H

H

H

H H

H H

H H

(a) (b)

H

H

09_202

H H

H

sp2

C C

C

CC

C

sp2

H1s

H

H H

PrzykPrzykłładad C6H6

Jakie sJakie sąą typy witypy wiąązazańń??

PrzykPrzykłładad NO2