1 Hóa học hữu cơ là gì? 2 Cấu trúc hữu cơ 3 Xác định cấu trúc hữu cơ 4 Cấu trúc của các phân tử 5 Phản ứng hữu cơ 6 Phản ứng cộng nucleophilic vào nhóm carbonyl 7 Giải tỏa và liên hợp 25 Alkyl hóa enolate 26 Phản ứng của enolate với hợp chất carbonyl: phản ứng aldol và Claisen 614 27 Lưu huỳnh, silic và phốt pho trong hóa học hữu cơ 656 Trang 7 33 Chọn lọc lập thể dia 852 34 Phản ứng pericyclic 1: cộng đóng vòng 877 35 Phản ứng pericyclic 2: phản ứng sigmatropic và electrocyclic 909 36 Phản ứng nhóm kề tham gia, chuyển vị và phân mảnh 931 42 Hóa học hữu cơ của sự sống 1134 43 Hóa học hữu cơ ngày nay 1169
Trang 1Hỗ trợ trực tuyên.Biểu tượng trong lề cho biết rằng các tài nguyên tương tác đi kèm được cung cấp trực tuyến để giúpsự hiểu biết của bạn: chỉ cần nhập www.chemtube3d.com/clayden/123vào trình duyệt của bạn, thay thế 123 bằng số trang mà bạn thấy biểu tượng Đối với các trang liên kết đến nhiều tài nguyên, hãy nhập 123-1, 123-2, v.v (thay 123 bằng số trang)
để truy cập vào các liên kết liên tiếp.
Cấu trúc của phân tử
Kết nốiXây dựng trên
•Cấu trúc hữu cơ được vẽ như thế nào ch2
•Bằng chứng được sử dụng để xác định cấu trúc hữu cơ ch3
Đi đến
•Làm thế nào chúng ta biết rằng các electron có năng lượng khác nhau•Làm thế nào các electron lấp đầy với
các obitan nguyên tử
•Cách các obitan nguyên tử tổ hợp để tạo nên các obitan phân tử
•Tại sao các phân tử hữu cơ sử dụng cấu trúc thẳng, phẳng hoặc tứ diện•Liên kết giữa hình dạng và cấu trúc
điện tử
•Vẽ hình dạng và năng lượng của các obitan phân tử trong các phân tử đơn giản
•Dự đoán vị trí của các cặp electron đơn độc và các obitan trống
Mong chờ
•Phản ứng phụ thuộc vào tương tác giữa các obitan phân tử ch5 & ch6
•Khả năng phản ứng bắt nguồn từ năng lượng của các obitan phân tử
Bạn cũng có thể nhận ra phân tử này là buckminsterfullerene, một dạng thù hình của carbon hình quả bóng đá Buckminsterfullerene, được đặt theo tên của kiến trúc sư của mái vòm trắc địa (mà nó giống), được xác định lần đầu tiên vào năm 1985 và mang về cho những người phát hiện ra nó giải Nobel hóa học năm 1996.
Trang 2Bây giờ, câu hỏi của chúng tôi là: làm thế nào bạn nhận ra hai hợp chất này? Bạn đã nhận ra hình dạng của chúng Các phân tử không chỉ đơn giản là một mớ hỗn độn của các nguyên tử: chúng là những nguyên tử được tổ chức lại với nhau trong một hình dạng ba chiều xác định Các thuộc tính của một hợp chất không chỉ được xác định bởi các nguyên tử mà nó chứa, mà còn bởi sự sắp xếp không gian của các nguyên tử này Graphit và kim cương - hai dạng thù hình khác của cacbon - đều chỉ được cấu tạo từ các nguyên tử cacbon và các tính chất của chúng, cả hóa học và vật lý, hoàn toàn khác nhau bởi vì các nguyên tử cacbon đó được sắp xếp rất khác nhau Graphit có các nguyên tử cacbon sắp xếp thành các tấm hình lục giác; kim cương có chúng được sắp xếp trong một mảng tứ diện.
Chúng ta biết các phân tử có hình dạng gì bởi vì chúng ta có thể nhìn thấy chúng - tất nhiên không phải theo nghĩa đen mà bằng các phương pháp như kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) AFM tiết lộ hình dạng của pentacene, phân tử mà chúng ta thường vẽ cấu trúc dưới đây, như hình bên trái Đây là cách gần nhất mà chúng ta có thể tiếp cận để thực sự 'nhìn thấy' chính các nguyên tử.
Từ các phương pháp như vậy, chúng ta biết các phân tử có hình dạng gì Đây là lý do tại sao chúng tôi khuyến khích bạn trong Chương 2 làm cho bản vẽ của bạn về các phân tử trở nên thực tế — chúng tôi có thể làm điều này bởi vì chúng tôi biết điều gì là thực tế và điều gì không Nhưng bây giờ chúng ta cần giải quyết câu hỏi tại sao các phân tử lại có hình dạng như vậy Nó nói gì về các tính chất của các nguyên tử cấu thành của chúng mà quyết định các hình dạng đó? Chúng tôi sẽ cho rằng câu trả lời không chỉ cho phép chúng tôi giải thích và dự đoán cấu trúc mà còn cho phép chúng tôi giải thích và dự đoán khả năng phản ứng (hình thành chủ đề của Chương 5).
Trước hết, chúng ta cần xem xét tại sao nguyên tử lại tạo thành phân tử Một số nguyên tử (ví dụ như heli) làm như vậy chỉ với sự miễn cưỡng cực độ, nhưng đại đa số các nguyên tử trong bảng tuần hoàn thì trong phân tử bền hơn nhiều so với nguyên tử tự do Ví dụ ở đây là mêtan: bốn nguyên tử hiđrô sắp xếp xung quanh một cacbon theo hình dạng của một tứ diện.
mêtan tứ diện
bốn liên kết và không có cặp đơn lẻ
Cấu trúc tương tác của buckminsterfullerene, graphite, kim cương và pentacene
Cấu trúc tương tác của mêtan, amoniac và nướckim cương
Than chì
Trang 3amoniac tứ diệnba liên kết và một cặp đơn lẻ
nước tứ diệnhai liên kết và hai cặp đơn lẻ
Điều này cho chúng ta biết một điều quan trọng: đó là số lượng electron quyết định hình dạng của một phân tử, chứ không chỉ là số lượng nguyên tử (hay hạt nhân nguyên tử) Nhưng điều gì quyết định các electron được sắp xếp như thế nào? Ví dụ, tại sao mười electron lại tạo ra một tứ diện?
Trước khi chúng ta có thể trả lời câu hỏi này, chúng ta cần đơn giản hóa cuộc thảo luận một chút và nghĩ về các electron không phải trong phân tử mà trong các nguyên tử riêng lẻ Sau đó, chúng ta có thể ước lượng gần đúng cấu trúc điện tử của các phân tử bằng cách xem xét cách các nguyên tử thành phần tổ hợp với nhau Tuy nhiên, điều quan trọng cần nhớ trong suốt chương này là các phân tử rất hiếm khi được ‘tạo ra’ trực tiếp bằng cách nối các nguyên tử lại với nhau Những gì chúng tôi sắp trình bày là một phân tích về cấu trúc của các phân tử, không phải là một cuộc thảo luận về các cách để xây dựng chúng (mà chúng tôi sẽ dành phần lớn trong phần sau của cuốn sách này) Phần lớn những gì chúng tôi sẽ đề cập đã được thực hiện trong những thập kỷ khoảng năm 1900, và tất cả đều đến từ quan sát thực nghiệm Lý thuyết lượng tử giải thích chi tiết và bạn có thể đọc thêm về nó trong sách giáo khoa hóa lý Mục đích của chúng tôi ở đây là cung cấp cho bạn đủ hiểu biết về lý thuyết để có thể sử dụng các nguyên tắc hoàn chỉnh để dự đoán và giải thích cấu trúc của các phân tử hữu cơ.
Vì vậy, trước tiên, một số bằng chứng.
Phổ phát xạ nguyên tử
Nhiều thị trấn và đường phố được thắp sáng vào ban đêm bằng đèn hơi natri, phát ra ánh sáng vàng cam tinh khiết, mãnh liệt Bên trong những chiếc đèn này là kim loại natri Khi bật đèn, kim loại natri bị hóa hơi từ từ Khi một dòng điện chạy qua hơi natri, một ánh sáng màu cam được phát ra - cùng màu với ánh sáng mà bạn nhận được khi bạn cho một lượng nhỏ hợp chất natri lên thìa và đặt nó vào ngọn lửa Bunsen Với năng lượng toàn phần (từ dòng điện hoặc từ ngọn lửa), natri luôn phát ra cùng bước sóng ánh sáng này, và nó phát ra như vậy là do cách sắp xếp các electron trong nguyên tử natri Năng lượng được cung cấp làm cho một electron chuyển từ trạng thái năng lượng thấp hơn sang trạng thái có năng lượng cao hơn, hoặc trạng thái kích thích, và khi nó giảm xuống một lần nữa ánh sáng được phát ra Quá trình này hơi giống như một người nâng tạ đang nâng một quả nặng - anh ta có thể giữ nó trên đầu bằng cánh tay thẳng (trạng thái phấn khích) nhưng sớm hay muộn anh ta sẽ thả nó xuống và quả nặng sẽ rơi xuống đất, giải phóng năng lượng bằng một vụ tai nạn, nếu không phải là một ngón chân bị gãy Đây là nguồn gốc của các vạch trong quang phổ nguyên tử không chỉ cho natri mà cho tất cả các nguyên tố Ngọn lửa hoặc sự phóng điện cung cấp năng lượng để thúc đẩy một điện tử lên mức năng lượng cao hơn và khi điện tử này trở về trạng thái cơ bản, năng lượng này được giải phóng dưới dạng ánh sáng.
Nếu bạn khúc xạ ánh sáng natri màu da cam qua lăng kính, bạn sẽ thấy một loạt các vạch rất sắc nét, với hai vạch sáng đặc biệt trong vùng màu cam của quang phổ ở khoảng 600 nm Các nguyên tố khác tạo ra quang phổ tương tự - thậm chí cả hydro, và vì nguyên tử hydro là nguyên tử đơn giản nhất nên trước tiên chúng ta sẽ xem xét quang phổ nguyên tử của hydro.
Các electron có mức năng lượng lượng tử hóa
Quang phổ hấp thụ của hydro lần đầu tiên được đo vào năm 1885 bởi một hiệu trưởng người Thụy Sĩ, Johann Balmer, người cũng nhận thấy rằng bước sóng của các vạch trong quang phổ này có thể được dự đoán bằng cách sử dụng một công thức toán học Ở giai đoạn này, bạn không cần biết chi tiết về công thức của anh ta, thay vào đó hãy nghĩ về ý nghĩa của việc quan sát thấy một nguyên tử hydro, chỉ với một điện tử, có quang phổ các vạch rời rạc ở các bước sóng chính xác Nó có nghĩa là
■ Bạn đã gặp ý tưởng về việc sử dụng năng lượng để chuyển từ trạng thái thấp hơn sang trạng thái cao hơn, và sự tái phát lại năng lượng đó, trong phần nói về NMR ở Chương 3 Ở đây chúng ta đang nói về sự khác biệt lớn hơn nhiều về năng lượng, và do đó, nhiều bước sóng ngắn hơn của ánh sáng phát ra.
Hai nguyên tố, xêzi và rubidi, được Robert Bunsen tìm ra vào năm 1860 và 1861 sau khi nghiên cứu quang phổ phát xạ nguyên tử của loại này Chúng được đặt tên theo sự hiện diện của một cặp vạch màu sáng trong quang phổ của chúng - xêzi
trong tiếng Latinh caesius có nghĩa là xám xanh và rubidi từ rubidus
trong tiếng Latinh có nghĩa là đỏ.
■ Bạn có thể tìm chi tiết về công thức của Balmer trong sách giáo khoa hóa lý.
CHƯƠNG 4 CẤU TRÚC CỦA PHÂN TỬ
Các phân tử giữ lại với nhau bởi vì các hạt nhân nguyên tử mang điện tích dương bị hút bởi các điện tử mang điện tích âm, và thực tế này cho phép các điện tử hoạt động như "keo" giữa các hạt nhân Các hạt nhân C và H của mêtan tất nhiên mang điện tích dương, nhưng mười điện tử (tổng cộng sáu điện tử từ C, bốn điện tử từ nguyên tử H) liên kết các điện tích dương đó thành một cấu trúc phân tử Amoniac (NH3) và nước (H2O) tổng cộng cũng có mười electron, và chúng ta biết rằng hình dạng phân tử của chúng trên thực tế giống như của metan, nhưng với một hoặc hai nguyên tử hydro bị loại bỏ.
82
Trang 4rằng electron chỉ có thể chiếm các mức năng lượng với các giá trị được xác định chính xác, hay nói cách
khác là năng lượng của một electron quay quanh một proton (một hạt nhân hydro) được lượng tử hóa
Electron chỉ có thể có một số lượng năng lượng nhất định, và do đó các khoảng trống giữa các mức năng lượng này (tạo ra quang phổ) cũng chỉ có thể có một số giá trị được xác định rõ ràng Hãy nghĩ đến việc leo lên một bậc cầu thang — bạn có thể nhảy lên một, hai, hoặc thậm chí tất cả các bậc nếu bạn còn đủ năng lượng, nhưng bạn không thể leo lên nửa hoặc hai phần ba bước Tương tự như vậy khi đi xuống, bạn có thể nhảy từ một bước này sang bất kỳ bước nào khác — rất nhiều cách kết hợp khác nhau có thể thực hiện được nhưng có một số lượng hữu hạn, tùy thuộc vào số lượng bước.
Chúng tôi đã cố ý đề cập đến một điện tử 'quay xung quanh' một hạt nhân hydro trong đoạn cuối, bởi vì đó là một cách suy nghĩ về một nguyên tử — như một hệ mặt trời thu nhỏ (quy mô 10−23!) Với hạt nhân là mặt trời và các điện tử là hành tinh Mô hình này bị phá vỡ khi chúng ta xem xét nó một cách chi tiết (như chúng ta sẽ thấy ngay sau đây), nhưng hiện tại chúng ta có thể sử dụng nó để suy nghĩ về lý do tại sao các electron phải tồn tại trong các mức năng lượng lượng tử hóa.
Để làm được điều này, chúng ta cần đưa ra một khái niệm từ vật lý thế kỷ 19 - một thực tế có thể quan sát
được bằng thực nghiệm rằng các hạt như photon và electron cũng có thể có đặc tính của sóng cũng như hạt
Không rõ tại sao năng lượng của một hạt phải được lượng tử hóa, nhưng sẽ rất hợp lý nếu bạn cho phép mình nghĩ về một electron như một sóng.
Hãy tưởng tượng một dây căng — chẳng hạn như dây đàn piano hoặc dây guitar — được cố định ở hai đầu Bạn có thể biết rõ rằng một sợi dây như vậy có một tần số cơ bản: nếu bạn làm cho nó rung lên bằng cách đánh hoặc gảy nó, nó sẽ rung theo cách được biểu diễn trong biểu đồ bên phải.
Biểu đồ này cho thấy một ảnh chụp nhanh của dây; chúng tôi cũng có thể đại diện cho một hình ảnh ‘bị mờ’ của tất cả những nơi bạn có thể tìm thấy dây khi nó rung, chẳng hạn như bạn sẽ nhận được nếu bạn chụp ảnh với tốc độ cửa trập thấp.
Nhưng đây không phải là cách duy nhất để dây có thể rung Một khả năng thay thế được hiển thị ở bên phải, nơi không chỉ các đầu của chuỗi đứng yên mà còn có điểm — được gọi là ‘nút’ — ngay ở giữa Bước sóng của dao động trong sợi dây này bằng một nửa bước sóng của dao động trên nên tần số gấp đôi Về mặt âm nhạc, rung động này sẽ phát ra âm thanh cao hơn một quãng tám và được gọi là hài âm đầu tiên của rung động đầu tiên mà chúng tôi đã cho bạn thấy, cơ bản Các khả năng thứ ba và thứ tư đối với các dao động "được phép" được trình bày dưới đây, và một lần nữa những khả năng này tương ứng về mặt âm nhạc với các sóng hài khác của tần số cơ bản.
Ngay cả khi bạn chưa từng gặp ý tưởng này trong âm nhạc hoặc vật lý trước đây, chúng tôi hy vọng rằng bạn có thể thấy rằng dây rung không có lựa chọn nào khác ngoài việc sử dụng một trong những tần số lượng tử hóa này — tần số chỉ có thể nhận một số giá trị nhất định vì các đầu cố định của dây có nghĩa là bước sóng phải là một ước số chính xác cho độ dài của chuỗi Và như chúng ta đã thấy trước đây, tần số liên quan trực tiếp đến năng lượng: các mức năng lượng của một dây dao động được lượng tử hóa.
Nếu bạn nghĩ về một electron như một sóng, sẽ dễ dàng hơn nhiều để hiểu tại sao nó có thể chỉ có một số giá trị năng lượng nhất định Nếu bạn nghĩ về một electron quay xung quanh hạt nhân như một sợi dây tự quay lại, bạn có thể hình dung từ các sơ đồ dưới đây tại sao chỉ có một số bước sóng nhất định là có thể Những bước sóng này có tần số liên kết và tần số có năng lượng liên kết: chúng ta có một lời giải thích hợp lý cho sự lượng tử hóa năng lượng của một electron.
Các electron khu trú các obitan nguyên tử
Hình ảnh phổ biến về một nguyên tử như một hệ mặt trời thu nhỏ, với các electron hoạt động giống như các hành tinh quay quanh một ngôi sao — hạt nhân — hoạt động trong một số tình huống, nhưng chúng ta sẽ phải bỏ nó lại phía sau Vấn đề với quan điểm này về nguyên tử là các electron không bao giờ có thể được xác định vị trí chính xác, và thay vào đó phải được coi là 'bị bôi bẩn' trên không gian có sẵn cho chúng Lý
do cho điều này xuất phát từ Nguyên lý bất định của Heisenberg, mà bạn có thể đọc trong bất kỳ cuốn sách
nào về vật lý lượng tử Nguyên lý Bất định cho chúng ta biết rằng chúng ta không bao giờ có thể biết chính xác cả vị trí và động lượng của bất kỳ hạt nào Nếu chúng ta biết năng lượng của một electron (và với các mức năng lượng đã được lượng tử hóa), chúng ta biết động lượng của nó và do đó chúng ta không thể biết chính xác nó ở đâu.
Kết quả là, chúng ta phải nghĩ về các electron trong nguyên tử (và trong phân tử) có khả năng tồn tại ở một vị trí nhất định tại một thời
điểm nhất định, và tổng của tất cả các xác suất này đưa ra một bức tranh mờ nhạt về thói quen của electron , một chút giống như những
bức tranh mờ về dây dao động Bởi vì một điện tử tự do chuyển động xung quanh nguyên tử theo ba chiều, không chỉ hai chiều, nên
mức năng lươợn
một lượng năng lượng chính xác được giải phóng khi một điện tử di chuyển từ mức này sang mức khác
dây rung
điểm cố định điểm cố định1 nút
2 nút
"sóng hài thứ nhất"
"sóng hài thứ hai"3 nút
Sự tương tự về dao động được nhà vật lý người Đan Mạch Niels Bohr nhìn thấy lần đầu tiên và chúng tôi hy vọng bạn có thể thấy nó giúp giải thích tại sao các obitan chỉ có thể có một số năng lượng nhất định Phép loại suy chỉ hoạt động cho đến nay - chúng ta sẽ sớm bỏ nó lại phía sau - nhưng nó cũng có thể được sử dụng để hình dung một số khía cạnh khác của obitan, chẳng hạn như các nút và kí hiệu của hàm sóng.
Trang 5phân bố xác suất của electron trong obitan 1s
hạt nhân
giản đồ của obitan
1s thường về obitan 1shình ảnh thông
Sẽ rất hữu ích khi nghĩ về các obitan nguyên tử như một chuỗi các giá trị năng lượng có thể có đối với một điện tử, và coi chúng là 'bị khu trú' nếu có một điện tử (hoặc, như chúng ta sẽ thấy dưới đây, hai điện tử) ở mức năng lượng đó, và 'không bị khu trú' nếu không có Trong nguyên tử hydro ở trạng thái bền nhất, chỉ có một electron, chiếm obitan 1s năng lượng thấp nhất Vì vậy, bức tranh của chúng ta về obitan 1s cũng tạo ra một bức tranh tốt về nguyên tử H trông như thế nào Chúng ta cũng có thể biểu diễn quỹ đạo 1s dưới dạng mức năng lượng và electron chiếm giữ nó dưới dạng một mũi tên nhỏ (chúng ta sẽ giải thích trong giây lát).
1selectronnguyên tử hydro
khu trú trên obitan 1s
mức năng lượnggiản đồ năng lượng
Điều gì xảy ra nếu bạn đặt nhiều hơn một electron vào các obitan xung quanh một nguyên tử? Vì những lý do mà chúng tôi không thể đi sâu vào đây, mỗi obitan có thể chứa hai electron — và chỉ hai, không thêm electron nào nữa Nếu bạn thêm một điện tử vào nguyên tử H, bạn sẽ nhận được anion hiđrua, H−, có hai điện tử xung quanh hạt nhân H (một proton) Cả hai electron cùng khú trú trên một obitan hình cầu 1s.
ion hiđrua (H–)
1skhu trú trên
obitan 1s
giản đồnăng lượng
Chúng ta cũng có thể biểu diễn sự khu trú obitan dưới dạng mức năng lượng (đường nằm ngang) được chiếm bởi hai điện tử (các mũi tên) Tại sao chúng ta vẽ các electron dưới dạng mũi tên? Vâng, các electron có đặc tính spin, và hai electron cho phép trong mỗi obitan phải quay theo các hướng ngược nhau Các mũi tên là một lời nhắc nhở về những spin đối nghịch này.
Đây được gọi là nguyên tắc loại trừ Pauli.
■ Chúng ta đã nói về hạt nhân spin trong phần nói về của NMR (trang 53) Spin của electron là tương tự, nhưng khác nhau — ví dụ: bạn không thể quan sát các electron bằng NMR và thay vào đó, chúng có thể được quan sát bằng một kỹ thuật được gọi là cộng hưởng spin electron hoặc ESR.
CHƯƠNG 4 CẤU TRÚC CỦA PHÂN TỬ
"dao động" mà nó có thể áp dụng cũng là ba chiều và được gọi là obitan nguyên tử, hoặc (vì hiện tại chúng ta
chỉ đang xem xét các electron trong một nguyên tử) các obitan nguyên tử Hình dạng của các obitan này được xác định bởi các hàm toán học được gọi là hàm sóng Hình ảnh bị mờ về obitan nguyên tử đơn giản —
trạng thái năng lượng thấp nhất của một electron trong nguyên tử hydro — trông giống như hình bên trái bên dưới Chúng tôi đã sử dụng tô bóng để chỉ ra xác suất liên kết một electron tại một điểm bất kỳ, nhưng một cách thuận tiện hơn để biểu diễn một obitan là vẽ một đường (trên thực tế là một bề mặt ba chiều) bao gồm không gian nơi một electron sử dụng, chẳng hạn , 95% thời gian của nó Điều này cho một cái gì đó giống như hình ảnh bên phải Obitan đơn giản nhất có thể có này — obitan cơ bản của nguyên tử H — có dạng hình cầu và được gọi là obitan 1s Các obitan nguyên tử năng lượng cao hơn có các hình dạng khác nhau, như bạn sẽ thấy ngay sau đây.
84
Trang 6Điều này cũng đúng đối với nguyên tử heli: hai electron của nó khu trú cùng một obitan Tuy nhiên, năng lượng của obitan đó (và tất cả các obitan có thể có khác) sẽ khác với obitan đối với hydro vì nó có điện tích hạt nhân gấp đôi hydro và các electron bị hút mạnh hơn vào hạt nhân Chúng ta có thể diễn tả cho sự khu trú obitan như thế này, với mức năng lượng thấp hơn mức cho H vì lực hút này mạnh hơn.
nguyên tử heli
1skhu trú trên
obitan 1s
giản đồnăng lượng
các obitan s và p có hình dạng khác nhau
Càng xa càng tốt Bây giờ, Liti Obitan 1s năng lượng thấp nhất xung quanh hạt nhân Li có thể chứa hai điện tử, nhưng chỉ có hai điện tử, vì vậy điện tử thứ ba phải đi vào một quỹ đạo năng lượng cao hơn — một trong những mức năng lượng mà sự tồn tại của nó được suy ra từ quang phổ hấp thụ nguyên tử Bạn có thể coi obitan này giống như ba chiều tương đương với sóng hài đầu tiên của dây đàn guitar Giống như sự dao động của sợi dây, obitan tiếp theo này có một nút Trên dây, nút là điểm mà không có chuyển động nào được quan sát Trong nguyên tử, nút là điểm không bao giờ có thể tìm thấy electron — khoảng trống ngăn cách hai phần của obitan Đối với obitan chứa điện tử thứ ba của nguyên tử Li, nút này có dạng hình cầu - nó chia quỹ đạo thành hai phần nép vào nhau giống như các lớp của một củ hành hoặc hạt bên trong một quả đào Chúng tôi gọi obitan này là obitan 2s — ’2’ bởi vì chúng tôi đã chuyển lên obitan có nút (giống như sóng hai đầu tiên) và ‘s’ vì obitan vẫn là hình cầu Ban đầu chữ ‘s’ không có nghĩa là ‘hình cầu’, nhưng vì tất cả các quỹ đạo ‘s’ đều là hình cầu nên bạn có thể nhớ nó theo cách đó.
phân bố xác suất của electron trong obitan 2s
hình ảnh thông thườngobitan 2s
(nút thường không được hiển thị)giản đồ của obitan
2snúthình cầuhạt nhân
Trong nguyên tử liti, obitan 1s, gần hạt nhân, bị chiếm bởi hai điện tử, trong khi obitan 2s, xa hạt nhân hơn, chứa một điện tử Trong berili, có một điện tử thứ hai trong quỹ đạo 2s Như trước đây, các mức năng lượng sẽ thay đổi khi điện tích hạt nhân tăng lên, do đó obitan khu trú trong Li và Be có thể được biểu diễn như hình dưới đây.
khu trú trênobitan 1s
nút hình cầucủa obitan 2s
khu trú trênobitan 2s
1snguyên tử lithi2s
giản đồnăng lượng
năng lượng 1snguyên tử berili
giản đồnăng lượng
Khi chúng ta nhận được boron, điều gì đó hơi khác một chút sẽ xảy ra Nó chỉ ra rằng đối với một obitan có một nút (chẳng hạn như obitan 2s), nút đó không phải là hình cầu Nút có thể
Trang 7phân bố xác suất của electron trong quỹ đạo 2p
hạt nhân
hình ảnh thông thường của obitan 2pgiản đồ của obitan
hạt nhân
Không giống như các obitan 1s hoặc 2s, obitan 2p có hướng — nó hướng dọc theo một trục và trong ba chiều có thể có ba hướng có thể theo trục, mỗi chiều sẽ tạo ra một obitan 2p mới (chúng ta có thể gọi là 2px, 2py và 2pz nếu chúng ta cần).
Nguyên tố tiếp theo, carbon, với một electron nữa (cái thứ sáu), dường như có quyền lựa chọn — nó có thể đưa electron thứ sáu vào cặp với electron thứ năm, trong cùng một obitan 2p, hoặc nó có thể đặt nó vào một obitan 2p mới, với cả hai electron chưa ghép đôi Trên thực tế, nó chọn cách sau: các electron mang điện tích âm và đẩy nhau, vì vậy nếu có sự lựa chọn các obitan năng lượng bằng nhau, chúng sẽ chiếm các obitan khác nhau đơn lẻ cho đến khi chúng buộc bắt đầu ghép đôi Lực đẩy không bao giờ đủ để buộc một điện tử chiếm mộtobitan năng lượng cao hơn, nhưng khi các obitan có năng lượng giống hệt nhau, thì đây là điều sẽ xảy ra.
Do đó, không ngạc nhiên khi các obitan nguyên tử của phần còn lại của các nguyên tố thuộc hàng đầu tiên của bảng tuần hoàn được sử dụng như hình dưới đây Trong khi toàn bộ tập hợp các obitan đang giảm năng lượng vì hạt nhân đang hút các electron mạnh hơn, nhưng nếu không thì việc lấp đầy các obitan 2p trước tiên là một vấn đề đơn giản và sau đó tăng gấp đôi Với mười electron của neon, tất cả các obitan có một nút đều được lấp đầy, và chúng ta nói rằng neon có một 'lớp vỏ đóng' Một "lớp vỏ" là một nhóm các obitan có năng lượng giống nhau, tất cả đều có cùng số nút (trong trường hợp này tất cả được gọi là "2" gì đó — 2s hoặc 2p).
năng lượng 1snguyên tử nito
năng lượng 1snguyên tử oxy
năng lượng 1snguyên tử flo
năng lượng 1snguyên tử neon
2p■ Chúng tôi sẽ giải thích
ngay tại sao chỉ một nửahình ảnh của obitan p ở bênphải được lấp đầy.
Biểu diễn ba chiều về hình dạng của các obitan nguyên tử
1sthe boron atom
Đây được gọi là quy tắc Hund
Một nguyên tử áp dụng cấu hình điện tử có số lượng điện tử chưa ghép đôi lớn nhất trong các obitan suy biến Trong khi điều này hoàn toàn là lý thuyết ở chỗ các nguyên tử cô lập không thường xuyên được tìm thấy, quy tắc tương tự cũng áp dụng cho các electron trong các obitan suy biến trong phân tử, như bạn sẽ thấy ngay sau đây.
năng lượng 1snguyên tử carbon
CHƯƠNG 4 CẤU TRÚC PHÂN TỬ
cách khác là một mặt phẳng Sự sắp xếp thay thế này cho một obitan với một nút phẳng duy nhất cho chúng ta một loại obitan mới, obitan 2p Obitan 2p trông giống như hình bên trái bên dưới, ở dạng "bôi mờ" Nó thường được biểu diễn dưới dạng hình cánh quạt ở giữa, và nó được vẽ theo quy ước như hình thể hiện trong sơ đồ bên phải.
86
Trang 8Pha của obitan
Nhìn vào các sơ đồ dưới đây, các sơ đồ này giống với sơ đồ trên tr 83: chúng đại diện cho ba tần số dao động đầu tiên của một dây Bây giờ hãy nghĩ về chuyển động của chính sợi dây: trong lần rung đầu tiên, tất cả sợi dây chuyển động lên và xuống cùng một lúc - mỗi điểm trên sợi dây chuyển động một lượng khác nhau, nhưng hướng di chuyển tại mọi điểm là như nhau Điều này cũng không đúng đối với 'mức năng lượng' thứ hai của sợi dây — trong khi dao động như thế này, nửa bên trái của dây chuyển lên trên trong khi nửa bên phải di chuyển xuống dưới — hai nửa của dây nằm ngược pha với nhau, và có sự thay đổi pha tại nút Điều này cũng đúng với mức năng lượng thứ ba - một lần nữa, có sự thay đổi pha ở mỗi nút.
đảo pha ở nút
tất cả các điểm của di chuyển theo cùng một hướng
các phần khác nhau của dây, được phân tách bằng các nút, di chuyển theo các hướng khác
change of phase at each node
Điều này cũng đúng với các obitan Một mặt phẳng nút, chẳng hạn như trong các obitan 2p, chia obitan thành hai phần có các pha khác nhau, một phần ở đó pha của hàm sóng là dương và một phần ở đó là âm Các pha thường được biểu thị bằng tô bóng - một nửa được tô bóng và nửa còn lại thì không Bạn đã thấy điều này trong biểu diễn của obitan 2p ở trên Pha của obitan là tùy ý, theo nghĩa là bạn che bóng cho nửa nào không quan trọng Cũng cần lưu ý rằng pha không liên quan gì đến điện tích: cả hai nửa của obitan 2p được lấp đầy đều chứa mật độ điện tử, vì vậy cả hai sẽ mang điện tích âm.
Vậy tại sao pha lại quan trọng? Chà, trong giây lát, chúng ta sẽ thấy rằng, giống như các nguyên tử cộng lại với nhau để tạo ra các phân tử, chúng ta có thể cộng các hàm sóng của các obitan nguyên tử để tạo ra các obitan phân tử, cho chúng ta biết vị trí của các electron và chúng có bao nhiêu năng lượng trong phân tử.
s, p, d, f
Tại sao lại là 2s, 2p .? Những chữ cái này quay trở lại những ngày đầu của quang phổ và đề cập đến sự xuất hiện của các vạch nhất định trong quang phổ phát xạ nguyên tử: ‘s’ là ‘sharp-sắc nét’ và ‘p’ là ‘principal-gốc’ Sau đó, bạn sẽ gặp các obitan d và f, chúng có cách sắp xếp các nút khác Những chữ cái này đến từ "diffuse-phân tán" và "fundamental-cơ bản" Các kí tự s, p, d, và f quan trọng và bạn phải biết chúng, nhưng bạn không cần biết chúng ban đầu viết tắt cho cái gì.
Bốn chú thích ngắn gọn về obitan trước khi chúng ta tiếp tục
Chúng tôi sắp phát triển ý tưởng về các obitan để hiểu cách các electron hoạt động trong phân tử, nhưng trước khi tiếp tục, chúng ta chỉ nên làm rõ một vài điểm về các obitan đôi khi có thể dẫn đến nhầm lẫn.
1. Các obitan không cần có các electron trong chúng — chúng có thể bị bỏ trống (không nhất thiết phải có ai đó đứng trên cầu thang để nó tồn tại) Hai điện tử của Helium sẽ chỉ là obitan 1s, nhưng là đầu vào của năng lượng - ví dụ như nhiệt độ mạnh của mặt trời - sẽ khiến một trong số chúng nhảy vào obitan trống trước đó là 2s, 2p hoặc 3s vv các obitan đang chờ nhận chúng Trên thực tế, nó đã quan sát, từ trái đất, năng lượng được hấp thụ bởi quá trình này dẫn đến phát hiện đầu tiên về heli trong mặt trời.
2. Các electron có thể được tìm thấy ở bất kỳ đâu trong obitan ngoại trừ trong một nút Trong mộtobitan p chứa một điện tử, điện tử này có thể được tìm thấy ở hai bên nhưng không bao giờ ởgiữa Khi obitan chứa hai điện tử, một điện tử không ở một nửa và điện tử kia ở nửa kia — cả haiđiện tử có thể ở bất kỳ đâu (ngoại trừ trong nút).
3. Tất cả các obitan này của nguyên tử được xếp chồng lên nhau Obitan 1s không phải là phần giữa của quỹ đạo 2s Các obitan 1s và 2s là các obitan riêng biệt theo quyền riêng của chúng và mỗi obitan có thể chứa tối đa hai electron nhưng obitan 2s chiếm một phần không gian giống như obitan 1s (và cũng như các obitan 2p, nói đến điều đó) Neon, chẳng hạn, có tổng cộng mười electron: hai sẽ ở obitan 1s, hai ở obitan
As it happens, the electron sity at any point in the orbital is given by the square of the math-ematical function (the wavefunc-tion) which determines the phase, so both positive and neg-ative values of the wavefunction give positive electron densities.
Trang 9obitan 2s (lớn hơn nhiều), và hai trong mỗi obitan trong số ba obitan 2p Tất cả các obitan này được xếp chồng lên nhau.
4.Khi chúng ta di chuyển qua các chu kì tiếp theo của bảng tuần hoàn — bắt đầu bằng natri —Các obitan 1s, 2s và 2p đã có các electron, vì vậy chúng ta phải bắt đầu đưa các electron vào cácobitan 3s và 3p, sau đó là các obitan 4s, 3d và 4p Với các obitan d (và obitan f, bắt đầu đượcxếp vào trong dãy Lantanua), vẫn có thêm những cách sắp xếp mới của các nút Chúng tôi sẽkhông thảo luận chi tiết về các obitan này — bạn sẽ xem xét chi tiết trong sách giáo khoa vô cơ— nhưng các nguyên tắc cũng giống như các cách sắp xếp đơn giản mà chúng tôi đã mô tả.
Các obitan phân tử — phân tử lưỡng nguyên tử (diatomic molecules)
Bây giờ cho các electron trong phân tử Cũng giống như hoạt động của các electron trong nguyên tử được quy định bởi các obitan nguyên tử mà chúng khu trú, vì vậy các electron trong phân tử hoạt động theo những cách được quy định bởi các obitan phân tử chứa chúng Chúng ta nghĩ về các phân tử được tạo ra từ các nguyên tử (ngay cả khi đó không thực sự là cách bạn thường tạo ra chúng), và tương tự như vậy chúng ta có thể nghĩ về các obitan phân tử được tạo ra từ sự tổ hợp của các obitan nguyên tử.
Vì các obitan nguyên tử là các hàm sóng, chúng có thể được kết hợp giống như cách mà các sóng kết hợp với nhau Bạn có thể đã quen thuộc với những ý tưởng tổ hợp các sóng có tính cộng hưởng (cùng pha) hoặc triệt tiêu (lệch pha):
Các obitan nguyên tử có thể kết hợp theo những cách giống nhau - cùng pha hoặc lệch pha Sử dụng hai obitan 1s được vẽ dưới dạng vòng tròn (đại diện cho hình cầu) với các dấu chấm để đánh dấu hạt nhân và tô bóng để biểu thị pha, chúng ta có thể tổ hợp chúng theo cùng pha (nghĩa là chúng ta cộng chúng lại với nhau), dẫn đến một obitan trải rộng trên cả hai nguyên tử hoặc lệch pha (bằng cách trừ một cái với cái khác) Trong trường hợp này, chúng ta nhận được một obitan phân tử với một mặt phẳng nút xuống tâm giữa hai hạt nhân, nơi các hàm sóng của hai obitan nguyên tử triệt tiêu chính xác lẫn nhau và với hai vùng có pha đối nhau.
tạo ra một obitan phân tử liên kết
mặt phẳng nút
tạo ra một obitan phân tử phản liên kết
Các obitan tạo thành thuộc về cả hai nguyên tử — chúng là phân tử chứ không phải là obitan nguyên tử
Bây giờ, hãy tưởng tượng việc đưa các electron vào obitan đầu tiên trong số các obitan này (obitan liên kết) Hãy nhớ rằng, bạn có thể đặt 0, một hoặc hai electron vào một obitan, nhưng không được nhiều hơn Giản đồ obitan cho thấy rằng các electron sẽ dành phần lớn thời gian của chúng ở giữa hai hạt nhân nguyên tử Mang điện tích âm, các electron sẽ tác dụng một lực hấp dẫn lên mỗi hạt nhân, và sẽ giữ chúng lại với nhau
Chúng ta có một liên kết hóa học! Vì lý do này, pha obitan phân tử được gọi là obitan liên kết.
Biểu diễn ba chiều của các obitan d và f
■ Cách xây dựng phân tử từ các obitan nguyên tử này
được gọi là sự tổ hợp tuyến
tính của các obitan nguyên tử hoặc LCAO.
CHƯƠNG 4 CẤU TRÚC PHÂN TỬ88
Trang 10Obitan phân tử lệch pha không mang lại khả năng hấp dẫn nào như vậy — trên thực tế, việc đưa các điện tử vào obitan phân tử lệch pha có tác dụng phản liên kết Các điện tử này chủ yếu được tìm thấy ở bất kỳ đâu ngoại trừ giữa hai hạt nhân, nơi có một nút Các hạt nhân mang điện tích dương tiếp xúc đẩy nhau, và
đó là lý do tại sao obitan này được gọi là obitan phân tử phản liên kết.
Sự tổ hợp của các obitan nguyên tử 1s để tạo ra hai obitan phân tử mới cũng có thể được biểu diễn trên giản đồ mức năng lượng của obitan phân tử Hai obitan nguyên tử được hiển thị ở bên trái và bên phải, và các obitan phân tử là kết quả của việc tổ hợp chúng cùng và lệch pha được hiển thị ở giữa Giản đồ nói chung là một loại giản đồ ‘trước và sau’ — tình huống trước khi tương tác giữa các obitan được hiển thị ở bên trái và bên phải, và sau khi tương tác được hiển thị ở giữa Chú ý rằng obitan liên kết có năng lượng thấp hơn obitan 1s cấu thành, và obitan phản liên kết cao hơn.
tổ hợpcùng phalệch pha
tổ hợpcùng phalệch pha
obitan liên kếtobitanphản liên kết
tổ hợp các obitan nguyên tử theo hai cách
Bây giờ chúng ta thực sự có thể đưa các electron vào các obitan, giống như chúng ta đã làm trên tr 84 khi chúng ta đang xây dựng bức tranh về các obitan nguyên tử Mỗi nguyên tử hydro có một điện tử và do đó phân tử hydro tạo thành (được hiển thị ở giữa) chứa hai điện tử Luôn luôn đi lên các obitan từ năng lượng thấp nhất đầu tiên, đặt tối đa hai điện tử vào mỗi obitan, do đó cả hai điện tử này đều đi vào obitan liên kết obitan phản liên kết vẫn trống Do đó, các electron dành phần lớn thời gian của chúng ở giữa các hạt nhân, và chúng ta có một lời giải thích hợp lý cho sự tồn tại của một liên kết hóa học trong phân tử H2.
lấp đầy obitan liên kếtobitanphản liên kết
• Hai obitan nguyên tử (AO) tổ hợp với nhau để tạo ra hai obitan phân tử (MO) Bạn luôn nhận được cùng số MO khi bạn đưa số AO đưa vào (Bao nhiêu AO nguyên tử tham gia tổ hợp tuyến tính thì thu được bấy nhiêu MO phân tử)
• Cộng hàm sóng (tổ hợp chúng cùng pha) của hai AO tạo obitan liên kết; trừ đi (tổ hợp chúnglệch pha) tạo obitan phản liên kết.
Các obitan phân tử tương tác đối với hydro
Trang 11• Vì hai nguyên tử giống nhau (đều là H), mỗi AO đóng góp một lượng như nhau vào các MO (điều này không phải lúc nào cũng như trường hợp này).
• MO liên kết có năng lượng thấp hơn các AO.
• MO phản liên kết có năng lượng cao hơn các AO.
• Mỗi nguyên tử hiđrô ban đầu có một điện tử Spin của các electron này không quan trọng.
• Hai electron kết thúc ở MO có năng lượng thấp nhất - MO liên kết.
• Cũng giống như các AO, mỗi MO có thể giữ hai điện tử miễn là các điện tử đó ghép đôi spin(biểu diễn bằng các mũi tên đối nhau) Bạn không cần quan tâm đến các chi tiết của sự ghép đôispin ở giai đoạn này, chỉ cần kết quả là bất kỳ obitan nào cũng có thể chứa không quá hai điệntử.
• Hai electron giữa hai hạt nhân trong MO liên kết giữ phân tử với nhau - chúng là liên kết hóa học.
• Vì hai electron này có năng lượng thấp hơn trong MO so với chúng trong AO nên phân tử bền hơn các nguyên tử cấu thành của nó; năng lượng được cho đi khi các nguyên tử kết hợp với nhau.
• Hoặc, nếu bạn muốn, chúng ta phải đặt năng lượng để tách hai nguyên tử một lần nữa và phá vỡ liên kết.
Kể từ bây giờ, chúng ta sẽ luôn biểu diễn các obitan phân tử theo thứ tự năng lượng — MO năng lượng cao nhất ở trên cùng (thường là MO phản liên kết) và năng lượng thấp nhất (thường là MO liên kết và MO trong đó các electron bền nhất) ở dưới cùng.
Trước khi bạn rời khỏi phần này, hãy tóm tắt lại cách chúng ta đi đến giản đồ MO của H2 Bạn nên làm qua các bước này để kiểm tra xem bạn có thể vẽ giản đồ MO của riêng mình trước khi rời khỏi phần này không.
1. Vẽ hai nguyên tử H cùng với obitan nguyên tử 1s chứa electron, mỗi cái ở một bên của trang.
2. Phác thảo kết quả của việc cộng và trừ các hàm sóng của hai obitan 1s này để hiển thị các MO liên kết và phản liên kết Cái này ở trên cái kia (obitan phản liên kết năng lượng cao ở trên cùng) ở giữa các AO.
3. Đếm tổng số electron trong các nguyên tử đi vào phân tử và đặt số electron đó vào các MO,bắt đầu từ dưới cùng và dựng dần lên trên, hai electron trong mỗi obitan.
Phá vỡ liên kết
Giản đồ chúng ta đã nghiên cứu cho thấy trạng thái cơ bản bền nhất của phân tử hydro, trong đó các electron có năng lượng thấp nhất có thể Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu một electron được đẩy lên từ mức năng lượng thấp nhất, MO liên kết, đến mức năng lượng thấp nhất tiếp theo, MO phản liên kết? Một lần nữa, một giản đồ mức năng lượng sẽ giúp ích.
obitan liên kếtobitan phản
Trang 12Bây giờ điện tử trong obitan phản liên kết phá vỡ liên kết của điện tử trong obitan liên kết Vì không có liên kết tổng thể giữ hai nguyên tử lại với nhau, chúng có thể tách rời nhau như hai nguyên tử riêng biệt với các electron của chúng trong các AO 1s Nói cách khác, xúc tiến một điện tử từ MO liên kết sang MO phản liên kết sẽ phá vỡ liên kết hóa học Điều này khó với các phân tử hydro nhưng lại dễ dàng với các phân tử brom Chiếu ánh sáng vào Br2 làm phân li thành nguyên tử brom.
Tại sao hydro là lưỡng nguyên tử nhưng heli thì không
Giống như nguyên tử H, nguyên tử He có các electron của chúng trong các obitan 1s, vì vậy chúng ta có thể xây dựng biểu đồ mức năng lượng cho He2 theo cách tương tự Nhưng có một sự khác biệt lớn: mỗi nguyên tử heli có hai electron nên bây giờ cả MO liên kết và MO phản liên kết đều đầy đủ! Mọi liên kết do các điện tử trong obitan liên kết bị phá vỡ bởi các điện tử trong obitan phản liên kết, và phân tử He2 tan rã He2không tồn tại.
lấp đầy obitan liên kếtlấp đầyobitanphản liên kếtĐang cố gắng tạo ra một phân tử He2
Số liên kết
Chỉ khi có nhiều electron trong các MO liên kết hơn trong các MO phản liên kết thì mới có bất kỳ liên kết nào giữa hai nguyên tử Trên thực tế, chúng ta định nghĩa số lượng liên kết giữa hai nguyên tử là thứ tự liên kết (chia đôi vì hai electron tạo nên liên kết hóa học).
số liên kết =(số electron trong các MO liên kết) − (số electron trong các MO phản liên kết)2
2 0, tức là không có liên kết
Hình thành liên kết bằng cách sử dụng các obitan nguyên tử 2s và 2p: obitan và π
Các nguyên tử trong chu kì của bảng tuần hoàn chạy từ Li đến F có các electron ở các obitan 2s và 2p, và vì tất cả các phân tử mà các nhà hóa học hữu cơ quan tâm đều chứa ít nhất một nguyên tử như vậy, bây giờ chúng ta cần nghĩ về cách các obitan 2s và 2p tương tác Chúng tôi cũng cần giới thiệu cho bạn một phần thuật ngữ hữu ích được sử dụng để mô tả tính đối xứng của các obitan phân tử.
Chúng ta có thể làm tất cả những điều này bằng cách nghĩ về liên kết trong một khí lưỡng nguyên tử phổ biến khác, N2 Nguyên tử N có các electron ở các obitan 1s, 2s và 2p, do đó chúng ta cần lần lượt xét tương tác giữa các cặp của mỗi obitan này.
Trang 13tổ hợp cùng pha tổ hợp lệch pha
obitan phân tử liên kết
mặt phẳng nútobitan phân tử phản liên kết
Các obitan phản liên kết là kết quả của việc tổ hợp các AO này cũng đối xứng hình trụ và được gọi là obitan σ *, với dấu * biểu thị đặc tính phản liên kết của chúng.
Bây giờ cho các obitan 2p Như đã mô tả trên tr 86 mỗi nguyên tử có ba obitan nguyên tử 2p vuông góc với nhau Trong phân tử hai nguyên tử, chẳng hạn như N2, các obitan p 2 này phải kết hợp theo hai cách khác nhau — một obitan p từ mỗi nguyên tử (được hiển thị bằng màu đỏ ở đây) có thể xen phủ lên nhau ở trục dọc, nhưng hai obitan p còn lại trên mỗi nguyên tử (được hiển thị bằng màu đen ) phải tổ hợp ở bên.
chỉ hai obitan p này mới có thể xen phủ trục
hai cặp obitan p này phải tổ hợp ở bên hông.mỗi nguyên tử có ba
obitan 2p vuông góc với nhau
Trước tiên, chúng tôi sẽ giải quyết vấn đề xen phủ trục Đây là điều sẽ xảy ra nếu chúng ta tổ hợp hai obitan 2p lệch pha: như với obitan 2s, chúng ta có một nút giữa các nguyên tử và bất kỳ electron nào trong MO này sẽ dành phần lớn thời gian của nó không ở giữa các hạt nhân — như bạn có thể đoán , đây là một quỹ đạo phản liên kết.
tổ hợp
obitan phân tử σ * phản liên kết
CHƯƠNG 4 CẤU TRÚC CỦA PHÂN TỬ
Obitan 1s mà chúng tôi đã xử lý Tổ hợp các obitan 2s về cơ bản là giống nhau; chúng hình thành các obitan liên kết và phản liên kết giống như các obitan 1s và cũng có hình dạng tương tự, nhưng năng lượng cao hơn, bởi vì các obitan 2s có năng lượng cao hơn các obitan 1s Các obitan 2s cũng lớn hơn obitan 1s, và do có dạng 'da củ hành', bản chất chính xác của các MO mà chúng tạo ra phức tạp hơn so với các obitan đến từ AO 1s, nhưng bạn có thể biểu diễn chúng trong các bản phác thảo chỉ bằng theo cùng một cách:
92