Molekuly 1 12/4/2011. Molekula definice IUPAC. Molekuly. Proč existují molekuly? Kosselův model. Představy o molekulách

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Molekuly 1 12/4/2011. Molekula definice IUPAC. Molekuly. Proč existují molekuly? Kosselův model. Představy o molekulách"

Kryštof Pravec
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 1/4/011 Molekuly 1 Molekula definice IUPC elektricky neutrální entita sestávající z více nežli jednoho atomu. Přesně, molekula, v níž je počet atomů větší nežli jedna, musí odpovídat snížení na ploše potenciální energie, které je dostatečně hluboké, aby udrželo alespoň vibrační stav. nejmenší částice látky schopná samostatné existence a zachovávající základní chemické vlastnosti dané látky Molekuly homonukleární, heteronukleární molekuly jsou podle definice neutrální existují i molekulové ionty 4 (stálé ve vodě, kryst.) radikály (nestálé, reaktivní) Proč existují molekuly? celková energie atomů v molekule je nižší nežli celková energie izolovaných atomů vzdálenost m ev vazebná energie křivka (plocha) potenciální energie mezi atomy vzniká vazba 0.74 = r 0 vazebná vzdálenost Představy o molekulách 181 Berzelius na základě elektrostatiky 1904 begg pravidlo osmi 1913 Moseley atomové číslo 1915 Kossel teorie elektrovalentní vazby snaha získat konfiguraci vzácných plynů 1916 Lewis teorie nepolární vazby sdílení dvojic elektronů a vytvoření co nejvíce stabilních oktetů 197 eitler, London kvantová teorie molekul Kosselův model soudržnost nabitých entit a Cl a Cl e e Li Be... F e a 1e 1e a Mg... Cl r Cl získání konfigurace vzácných plynů 1

2 1/4/011 Lewisův model sdílení elektronů pravidlo osmi Iontová vs. kovalentní vazba iontová kovalentní Lewisovy strukturní vzorce Běžné i méně běžné molekuly C C - - C rezonanční struktury ž na hranice světa molekul... monokrystaly, makromolekuly Chemická vazba iontová mezi dvěma opačně nabitými ionty velikost, počet atomů molekula kovalentní vazba polarita vazby roste mezi podobnými atomy, sdílení elektronů koordinační/donor-akceptorová vazba

na základě elektronegativit (X) prvků polarita hovoří o a odpovídá rozložení elektronové hustoty v molekule X.1 Li 1.0 F 4.

3 1/4/011 Polarita vazby? Polární a nepolární vazby mezi dvěma stejnými atomy v diatomické molekule je zcela nepolární vazba mezi dvěma různými atomy dochází k nerovnoměrnému sdílení elektronů polarita vazby se dá odhadnout na základě elektronegativit (X) prvků polarita hovoří o a odpovídá rozložení elektronové hustoty v molekule X.1 Li 1.0 F Li Li -F F Vazebná energie pro oddělení dvou atomů spojených vazbou je třeba dodat energii disociační energii vazby (g) (g) D = kj/mol disociační energie je rovna energii, která se uvolní při tvorbě vazby (má jen opačné znaménko, důsledek zákona zachování energie) Moderní představy o chemické vazbě založené na kvantové mechanice uplatnění Bornovy-ppenheimerovy aproximace elektrony se pohybují rychleji než jádra a okamžitě reagují na změnu pozic jader řešíme dvě rovnice jednu pro pohyb elektronů v poli pevných jader a druhou pro jádra v efektivním poli elektronů Ion Křivka (plocha) potenciální energie r 1 e r ˆ Tˆ Tˆ Tˆ Vˆ Vˆ Vˆ e p1 p ep1 B- aprox. ˆ Tˆ Vˆ Vˆ e ep1 ep ep p1 p Schrödingerova rovnice v B aproximaci dovoluje vypočíst energii systému, ta však bude parametricky záviset na geometrii jader E E f R p r p p p ˆ m e e e r r vypočteme energii, vlnovou funkci pro danou geometrii jader 1 r p p energie tvoří plochu nad souřadnicemi jader energetická (hyper)plocha - PES molekulová mechanika lze najít empirické vztahy popisující E f R chceme-li znát průběh energie v závislosti na pozici jader, musíme výpočet energie opakovat pro různá geometrická uspořádání 3

4 1/4/011 Geometrie molekuly Ion - vazba Energie molekuly závisí na její geometrii Minimum energie stabilní geometrie vzdálenost m E f R r dva neinteragující atomy Ion 4.5 ev vazebná energie 0.74 = r 0 vazebná vzdálenost minimum potenciální energie d E 0 dr zvýšení el. hustoty vazba důsledek překryvu elektronových hustot atomů () Ion - popis metodou M elektrony v molekule jsou popsány elektronovými vlnovými funkcemi molekulovými orbitaly - M M má charakteristickou energii a rozložení elektronové hustoty obsazování M v molekule se řídí stejnými pravidly jako obsazování výstavbový princip, Pauliho princip, undovo pravidlo M jako LC M lze vyjádřit jako lineární kombinaci atomových orbitalů (LC) c11 c, c i i i r Ion - vazba B B B vazebný orbital B M - LC uzlová rovina, tady elektron nenajdeme protivazebný orbital B B B B protivazebný orbital vazebný orbital 4

1/4/011 M - LUM s M orbital highest occupied (lowest unoccupied) M LUM je válcově symetrický podle spojnice atomových jader a má zvýšenou el. hustotu na spojnici jader M E M IP Koopmansův t.

.. molekuly s p d f g... atomy Degenerované orbitaly ásobné vazby někdy dochází, např.

5 1/4/011 M - LUM s M orbital highest occupied (lowest unoccupied) M LUM je válcově symetrický podle spojnice atomových jader a má zvýšenou el. hustotu na spojnici jader M E M IP Koopmansův t. p - orbitaly v rovině spojnice jader je nulová el. hustota nad a pod ní je zvýšená el. hustota možnost snadné degenerace nalogie M s kvantové číslo l orbitálního úhlového momentu l s p g... molekuly s p d f g... atomy Degenerované orbitaly ásobné vazby někdy dochází, např. je-li spojnice jader totožná s osou x, k současnému překryvu p y a p z za vzniku M p y a p z se stejnou energií vznikají degenerované M příklad p x p y p z s p p s p p x p y p z s p p p s s s s s mezi dvěma partnery může vzniknout i více vazeb hovoříme o násobných vazbách jednoduchá vazba (obvykle s) dvojná (obvykle s a p) trojná (obvykle s a p) d E p p s 3 C C 3 C C C C 5

1/4/011 Řád vazby Charakteristiky vazeb řád vazby se vypočte, odečtou-li se elektrony v protivazebných orbitalech od elektronů ve vazebných orbitalech a výsledek se vydělí dvěma n e. vazebné me.

6 1/4/011 Řád vazby Charakteristiky vazeb řád vazby se vypočte, odečtou-li se elektrony v protivazebných orbitalech od elektronů ve vazebných orbitalech a výsledek se vydělí dvěma n e. vazebné me. protivazebné B vazebný řád v je roven ½, je roven 3, je roven atp. vazebný řád charakterizuje násobnost a pevnost vazby délka m energie kj.mol -1 délka m energie kj.mol -1 C C-C C=C = C C P C-F C-Cl S C-Br Si C-I Si-F C Si-Cl C= Si-Br C Si-I C= C-g Kyslík, podivná molekula? Singletní kyslík schéma M kyslíku vyhovuje undovu pravidlu, v důsledku toho má běžný kyslík dva nepárové elektrony, je paramagnetický a jeho multiplicita je rovna 3 (tripletní stav) p x p y p z s s p p p p x p y p z p p s p s s s Dva stavy singletního kyslíku rozdíl energií základního stavu (tripletního) a singletního kyslíku je 94.3 kj/mol (170 nm) doba života v plynné fázi 7 min s s Elektronová konfigurace molekul omonukleární dvouatomové mol. el. konfigurace s p p p p x p y p z (s) (s) (ss) (ss) (sp) (pp) 4 (pp) p p s p s s s s s 6

1/4/011 eteronukleární molekuly Fotoelektronová spektroskopie n s s p x p y p z F S = 0, nulový překryvový integrál _ slouží ke studiu rozložení orbitalů Koopmansův teorém IP n = -e n ozařuje se UV

7 1/4/011 eteronukleární molekuly Fotoelektronová spektroskopie n s s p x p y p z F S = 0, nulový překryvový integrál _ slouží ke studiu rozložení orbitalů Koopmansův teorém IP n = -e n ozařuje se UV světlem (UPS) nebo RTG zář. (XPS) a sledují se vyražené elektrony p p s p s p p p s s s s IP/eV Víceatomové molekuly s jedním centrálním atomem u tříatomových molekul se uplatňuje směr vazby dvě atomové spojnice (vazby) svírají vazebný úhel 7

Podobné dokumenty

Chemická vazba. John Dalton Amadeo Avogadro

Chemická vazba. John Dalton Amadeo Avogadro Chemická vazba John Dalton 1766-1844 Amadeo Avogadro 1776-1856 Výpočet molekuly 2, metoda valenční vazby Walter eitler 1904-1981 Fritz W. London 1900-1954 Teorie molekulových orbitalů Friedrich und 1896-1997