Các luận điểm cơ sở của phương pháp MO•Phân tử là tổ hợp bao gồm các hạt nhân ng tử và electron của các ng tử, trong đó electron chuyển động trong trường hạt nhân và electron còn lại.. •
Trang 1LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ CẤU TẠO
PHÂN TỬ
PHƯƠNG PHÁP ORBITAL PHÂN TỬ
Chương 4:
Trang 2• Phương pháp này do hai nhà bác học Friedrich
Hund và Robert S Mulliken đưa ra (1927-1928)
Khởi điểm khảo sát với trường hợp ion H2+ thay
vì H2 phân tử
• Trong trường hợp này hàm số sóng được xác định
như sau:
• Giải phương trình sóng Schrodinger trên cũng cho
hai lời giải:
PHƯƠNG PHÁP ORBITAL PHÂN TỬ (MO)
Trang 3PHƯƠNG PHÁP ORBITAL PHÂN TỬ (MO)
• Tức là ta có:
• S = CS(a+ b), là hàm sóng biểu diễn các
OP liên kết
• A = CA(a - b), là hàm sóng biểu diễn các
OP phản liên kết
• OP liên kết có năng lượng thấp hơn OP phản liên
kết
Trang 4Các luận điểm cơ sở của phương pháp MO
•Phân tử là tổ hợp bao gồm các hạt nhân ng tử
và electron của các ng tử, trong đó electron chuyển động trong trường hạt nhân và electron còn lại Các hạt nhân và electron là của chung phân tử
•Trong phân tử, các electron phân bố theo quy luật giống như AO
•MO tạo thành do sự tổ hợp tuyến tính của các
AO Số MO tạo thành bằng số AO
Trang 5• Sự tổ hợp tuyến tính + các ON tạo thành MO liên kết cĩ năng lượng thấp hơn ON ban đầu.
• Sự tổ hợp tuyến tính - các ON tạo thành MO phản liên kết cĩ năng lượng cao hơn ON ban đầu
• E OP liên kết < E xuất phát < E OP phản liên kết
• Ví dụ:
Các luận điểm cơ sở của phương pháp MO
Trang 6SỰ TẠO THÀNH MO
Trang 7Các luận điểm cơ sở của phương pháp MO
• Liên kết trong phân tử được xác định bằng số e liên kết không bị triệt tiêu bởi e phản liên kết (một e phản liên kết triệt tiêu một e liên kết)
• Bậc liên kết = [e lk - e plk ]/2
Trang 9•Các MO phải gần nhau về năng lượng.
•Các MO phải che phủ nhau đáng kể.
•Các MO phải đối xứng nhau đối với đường liên kết trong phân tử.
•Mỗi MO chỉ chứa tối đa 2 e có spin đối nhau.
ĐIỀU KIỆN TẠO THÀNH MO
Trang 10 Tên của lk được gọi bằng tên của cặp e lk
không bị triệt tiêu
Bậc lk tăng thì năng lượng lk tăng còn độ dài lk giảm
Trang 12•Các phân tử hai nguyên tử cùng loại của các ng
Trang 13PHƯƠNG PHÁP ORBITAL PHÂN TỬ (MO)
Trang 14• Ví dụ:H2
PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ I
H 2 : [(σ 1ss ) 2 ] Bậc liên kết = 1s
1s Năng lượng
1s
AO H
AO H
MO
Các OP tạo thành từ các ON 1s trong đó có
1 OP 1s plk (*) có năng lượng cao hơn ) có năng lượng cao hơn
OP 1s lk ()
Trang 16•Ví dụ: He2+
PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ I
He 2 + :[(σ 1ss ) 2 (σ 1ss * ) 1s ] Bậc liên kết = ½
1s
Năng lượng
1s
Trang 17PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ I
Trang 18PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
Ngoài AO 1s còn có 4 AO 2s, 2px,2py,2pz , do đó bên cạnh liên kết còn tạo liên kết
Do sự sai khác về năng lượng nên sự che phủ chỉ xảy
ra giữa các ON s với nhau và p với nhau
Tức là từ 10 ON tổ hợp tuyến tính tạo 10 OP, ở đây các OP 1s đã điền đầy và được xác định như các nguyên tố chu kỳ 1 nên chỉ xét từ các ON lớp 2
Trang 19PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
Trang 20PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
OP của các
ON 2p
Trang 21Các phân tử của nguyên tố cuối chu kỳ (O2 – Ne2)
Các phân tử của nguyên tố đầu chu kỳ (từ Li2 – N2)
Các phân tử hai nguyên tử khác loại của những nguyên tố chu kỳ 2
PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
Trang 22PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
Do bán kính ng tử nhỏ nên không có xáo trộn năng lượng
N 2 ): Do có bán kính ng tử lớn nên có xáo trộn năng lượng do tương tác đẩy giữa các cặp MO: (σ2s σ2s*)
<=> (σx σx*).
thành tương tự trường hợp phân tử 2 nguyên tử cùng loại chu kỳ 2 Chỉ cần có một nguyên tử có bán kính lớn (Li → N) thì phân tử có xáo trộn năng lượng
Trang 23PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
Chu kỳ 2 Li Be B C N O F
E2p-E2s
=E [eV]
1,85 2,73 3,75 4,18 10,9 15,6 20,8
Trang 24PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
Khi mức năng lượng 2s và 2p cách xa nhau (s và
p ảnh hưởng yếu, đối với các nguyên tố cuối chu kỳ có độ âm điện lớn, O, F và Ne) các OP phân bố theo chiều tăng dần năng lượng như sau
Trang 25PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
Ví dụ: phân tử O2
O: 2s 2 2p 4
Trang 26PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
Trang 27PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
• Đối với các nguyên tố đầu chu kỳ, năng lượng 2s
và 2p gần nhau (s và p ảnh hưởng nhau mạnh) và độ âm điện nhỏ, các OP phân bố như sau:
Trang 28PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
Ví duï:Li2
Li: 1s 2 2s 1
Trang 29PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
Ví duï:Nitrogen, N2
Trang 30PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
C: 1s 2 2s 2 2p 2
Trang 31PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
Trang 32MO Li2 Be2 B2 C2 N2 N2+ Toång soá e 6(2) 8(4) 10(6) 12(8) 14(10) 13(9)
Trang 33PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
Trang 34PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
• Màu sắc
– Các electron khi bị kích thích sẽ chuyển từ OP này sang
OP khác có năng lượng cao hơn, sự chuyển này kèm theo sự hấp thụ năng lượng tương ứng với bước sóng (A 0 ) ứng với các tia đơn sắc tạo màu.
– Ví dụ: Có màu tím khi electron chuyển từ *) có năng lượng cao hơn sang *) có năng lượng cao hơn ứng với =5200 A 0 , tức vàng – lục – tím.
Trang 35PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
• Công thức electron phân tử theo phương pháp MO, biểu diễn đơn giản như sau:
lk z , y
plk s
lk s
lk z , y
lk x
plk s
lk s
:
Trang 36PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
• Các phân tử cấu tạo từ hai nguyên tử khác nhau của chu kỳ 2.
– Cũng giống trên, tuy nhiên do cách biệt năng lượng giữa các ON s và p của 2 nguyên tử giảm nên ta dùng trường hợp các nguyên tử đầu chu kỳ
– Ví dụ: Xét các trường hợp
– Do cấu trúc sắp xếp 10e hóa trị CO giống N2 nên chúng có nhiều đặc trưng lý hóa giống nhau
Trang 37PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
AO
B
AO N
MO BN
2s
2s 2p
2p
Trang 38PHÂN TỬ THUỘC CHU KỲ II
Ví dụ: CH4