2007-12-07

1

Homojądrowe

cząsteczki dwuatomowe

Cząsteczki dwuatomowe

w drugim okresie

Pierwiastki drugiego okresu

Konfiguracja elektronowa w stanie podstawowym:

Li

K2s

1

K = 1s

2

(He)

Be

K2s

2

B

K2s

2

2p

1

C

K2s

2

2p

2

N

K2s

2

2p

3

O

K2s

2

2p

4

F

K2s

2

2p

5

Ne

K2s

2

2p

6

Orbitale walencyjne drugiego okresu;

możliwość tworzenia kombinacji liniowej,

mającej sens wiązania chemicznego

2s

2s

2p

x

y

z

2p

x

y

z

+

x

-

+

x

-

+

-

-

+

σ

2s

σ

*

2s

σ

2px

σ

*

2px

π

2pz

π

2py

π

*

2py

π

*

2pz

x

+

-

x

+

+

-

-

Atom A

Atom B

Cząsteczka Li

2

2s

2s

2p

2p

x

y

z

x

y

z

Li

K2s

1

Li

K2s

1

Li

2

KK

σ

2s

2

σ

2s

σ

*

2s

σ

2

p

π

2p

π

*

2p

σ

*

2p

π

2p

π

*

2p

Cząsteczka Be

2

2s

2s

2p

2p

x

y

z

x

y

z

Be

K2s

2

Be

K2s

2

Be

2

KK

σ

2s

2

σ

*

2s

2

σ

2s

σ

*

2s

σ

2

p

π

2p

π

*

2p

σ

*

2p

π

2p

π

*

2p

Cząsteczka B

2

2s

2s

2p

2p

x

y

z

x

y

z

B K2s

2

2p

1

B

2

KK

σ

2s

2

σ

*

2s

2

σ

2p

2

B K2s

2

2p

1

σ

2s

σ

*

2s

σ

2

p

π

2p

π

*

2p

σ

*

2p

π

2p

π

*

2p

2007-12-07

2

Cząsteczka C

2

2s

2s

2p

2p

x

y

z

x

y

z

C K2s

2

2p

2

C

2

KK

σ

2s

2

σ

*

2s

2

σ

2p

2

π

2p

1

π

2p

1

C K2s

2

2p

2

σ

2s

σ

*

2s

σ

2

p

π

2p

π

*

2p

σ

*

2p

π

2p

π

*

2p

Cząsteczka N

2

2s

2s

2p

2p

x

y

z

x

y

z

N K2s

2

2p

3

N

2

KK

σ

2s

2

σ

*

2s

2

σ

2p

2

π

2p

2

π

2p

2

N K2s

2

2p

3

σ

2s

σ

*

2s

σ

2

p

π

2p

π

*

2p

σ

*

2p

π

2p

π

*

2p

Cząsteczka O

2

2s

2s

2p

2p

x

y

z

x

y

z

O K2s

2

2p

4

O

2

KK

σ

2s

2

σ

*

2s

2

σ

2p

2

π

2p

2

π

2p

2

π*

2p

1

π*

2p

1

O K2s

2

2p

4

σ

2s

σ

*

2s

σ

2

p

π

2p

π

*

2p

σ

*

2p

π

2p

π

*

2p

Cząsteczka F

2

2s

2s

2p

2p

x

y

z

x

y

z

F K2s

2

2p

5

F

2

KK

σ

2s

2

σ

*

2s

2

σ

2p

2

π

2p

2

π

2p

2

π*

2p

2

π*

2p

2

F K2s

2

2p

5

σ

2s

σ

*

2s

σ

2

p

π

2p

π

*

2p

σ

*

2p

π

2p

π

*

2p

Cząsteczka Ne

2

2s

2s

2p

2p

x

y

z

x

y

z

Ne K2s

2

2p

6

Ne K2s

2

2p

6

σ

2s

σ

*

2s

σ

2

p

π

2p

π

*

2p

σ

*

2p

π

2p

π

*

2p

Ne

2

KK

σ

2s

2

σ

*

2s

2

σ

2p

2

π

2p

2

π

2p

2

π

*

2p

2

π

*

2p

2

σ

*

2p

2

Pary wiążące i antywiążące

X

2

N

e

Konfiguracja

P.W.

E

w

[kJ/mol]

d[pm]

Li

2

2

σ

s

2

1

-104

267

Be

2

4

σ

s

2

σ*

s

2

1-1=0

-

-

B

2

6

σ

s

2

σ*

s

2

σ

p

2

2-1=1

-288 159

C

2

8

σ

s

2

σ*

s

2

σ

p

2

π

y

1

π

z

1

3-1=2

-599 124

N

2

10

σ

s

2

σ*

s

2

σ

p

2

π

y

2

π

z

2

4-1=3

-941 110

O

2

12

σ

s

2

σ*

s

2

σ

p

2

π

y

2

π

z

2

π*

y

1

π*

z

1

4-2=2

-493 121

F

2

14

σ

s

2

σ*

s

2

σ

p

2

π

y

2

π

z

2

π*

y

2

π*

z

2

4-3=1

-156 142

Ne

2

16

σ

s

2

σ*

s

2

σ

p

2

π

y

2

π

z

2

π*

y

2

π*

z

2

σ*

s

2

4-4=0

-

-

2007-12-07

3

Liczba elektronów a długość wiązania

Wzór N

e

P.W. d[pm] Przykład

Nazwa

Wzrost lub zmniejszenie liczby elektronów na

orbitalach antywiążących powoduje zmianę

długości i energii wiązania

O

2

12

2

121

O

2

Tlen

O

2

1-

13

1,5

126

KO

2

jon ponadtlenkowy

O

2

2-

14

1

149

Na

2

O

2

jon nadtlenkowy

O

2

1+

11

2,5

112

O

2

[PtF

6

] jon oksygenylowy

Wiązanie chemiczne jako para elektronów

Co oznaczają "zwykłe" zapisy wiązań jako kresek

pomiędzy symbolami atomów ? (Lewis)

... liczbę wiązań per saldo (

liczbę par wiążących

po odjęciu

liczby par antywiążących

)

..

,

F

F

O,

O

N,

N

C,

C

Li,

Li

−

=

≡

=

−

Heterojądrowe

cząsteczki dwuatomowe

Cząsteczki dwuatomowe

Heterojądrowe cząsteczki dwuatomowe

• ... kolejność energii orbitali we wszystkich

atomach wieloelektronowych jest taka sama, ale
taki sam orbital (n,l) w różnych atomach ma
różne energie ...

E

E

E

E

E

E

E

E

E

s

s

p

s

p

s

d

p

s

1

2

2

3

3

4

3

4

5

<

<

<

<

<

<

<

<

<

...

( )

E

n l

Z

n l

n

n l

( , )

*( , )

*( , )

,

= −

⋅

13 6

2

w eV

Energia orbitali atomowych

Liczba atomowa (Z)

÷

E

h

E

h c

c

= ⋅

= ⋅ ⋅

=

=

ν

ν

ν

λ

ν

λ

;

;

1

Energia orbitali atomowych (2)

1s

2s

2p

3s

3p

3d

4s

4p

4d

4f

5s

5p

5d

Wodór H

1s

2s

2p

3s

3p

3d

4s

4p

4d

4f

5s

5p

5d

Lit Li

1s

2s

2p

3s

3p

3d

4s

4p

4d

4f

5s

5p

5d

Fluor F

2007-12-07

4

Wodorek litu (LiH)

2s

2p

Li K2s

1

1s

H

8,205 eV

LiH (K

Li

F

LiH

2

)

c

B

> c

A

H

Li

s

B

s

A

c

c

1

2

LiH

Ψ

±

Ψ

=

Ψ

Flurowodór - fluorek wodoru (HF)

2s

2p

F K2s

2

2p

5

1s

H 1s

1

3,8 eV

2s

F

σ

HF

σ

*

HF

)

p

2

p

2

s

2

(K

HF

2

F

z,

2

F

y,

2

HF

2

F

F

σ

Orbitale molekularne HF

c

2

> c

1

⇒

udział orbitalu atomowego 2

px

fluoru w orbitalu

molekularnym jest większy niż udział orbitalu 1s
wodoru
⇒

prawodopodobieństwo znalezienia elektronów w

pobliżu jądra F jest większe niż w pobliżu jądra H

⇒

ładunek (ujemny) wiązania jest przesunięty w stronę

fluoru

⇒

⇒

⇒

⇒

ORBITAL MOLEKULARNY NIE JEST

SYMETRYCZNY !

(F)

2p

2

1s(H)

1

HF

HF

x

Ψ

⋅

+

Ψ

⋅

=

Ψ

+

c

c

σ

(F)

2p

2

1s(H)

1

HF

*

HF

x

Ψ

⋅

−

Ψ

⋅

=

Ψ

−

c

c

σ

Gęstość elektronowa w cząsteczce

heterojądrowej

2s

2p

F K2s

2

2p

5

1s

H 1s

1

3,8 eV

2s

F

σ

HF

σ

*

HF

)

p

2

p

2

s

2

(K

HF

2

F

z,

2

F

y,

2

HF

2

F

F

σ

F H

⇐

⇐

⇐

⇐

- δ

Przesunięcie ładunku wiązania

A

+δ

B

-δ

δ

- wielkość przemieszczonego

ładunku (może być mniej niż

e

);

δ = 0

ładunek jest symetryczny -
wiązanie ma

charakter kowalencyjny

;

δ = e

przeniesienie ładunku

(elektronu)

od

A do B,

wiązanie jonowe

Moment dipolowy

µ = δ·llll

moment dipolowy jest
tym większy, im większy
jest przemieszczony
ładunek oraz im większa
jest odległość
przesunięcia

WIĄZANIE JONOWE

jeśli δ = e, to µ jest maksymalne dla stałej wartości llll,

WIĄZANIE KOWALENCYJNE

δ = 0

µ = 0

- δ

A

B

llll

2007-12-07

5

Moment dipolowy (2)

• DLA CZĘŚCIOWEGO PRZESUNIĘCIA ŁADUNKU

procentowy udział charakteru jonowego w wiązaniu

... takie wiązanie nazywa się

wiązaniem atomowym

(kowalencyjnym) spolaryzowanym ...

Czy można przewidzieć charakter wiązania pomiędzy
A i B bez konieczności obliczania energii
nakładających się orbitali atomowych ?

µ

e l

⋅

⋅

100%

Elektroujemność

Elektroujemność

jest to miara tendencji do

przyciągania elektronów w wiązaniu

(Mullikan

1935)

E ~

I

+

A

e

I - pierwszy potencjał jonizacji

A

e

- powinowactwo elektronowe

Potencjał jonizacji

i

powinowactwo elektronowe

rosną zazwyczaj równocześnie

Skale elektroujemności

• Względna

skala elektroujemności pozwala

określić, który z atomów tworzących
wiązanie będzie silniej przyciągać wspólne
elektrony

• Wszystkie skale opierają się na własnościach

pierwiastków, a przede wszystkim
własnościach tworzonych przez nie wiązań:

• Najbardziej znane skale:

- Mullikana
- Paulinga
- Alfreda - Rochowa
- Görlicha ...

Skala elektroujemności Paulinga

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

Ta

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

4,0

3,5

3,2

3,0

3,0

2,7

2,6

2,5

2,5

2,2

2,2

2,2

2,2

2,1

2,0

2,0

2,0

2,0

1,8

1,8

1,8

1,8

1,7

1,7

1,6

1,8

1,6

1,3

1,0

1,0

0,9

0,9

0,9

0,9

0,8

0,8

0,7

0,7

?

?

?

?

?

?

Charakter wiązania

Różnica elektroujemności pierwiastków tworzących

wiązanie określa jego charakter

wiązanie jonowe

udział

wiązania

jonowego

[%]

x

A

- x

B

wiązanie kowalencyjne

0.0

1.0

2.0

3.0

0

50

100

∗

N

2

3,0 - 3,0 = 0

wiązanie kowalencyjne

∗

CsF 4,0 - 0,7 = 3,3

wiązanie jonowe

∗

NO 3,5 - 3,0 = 0,5

wiązanie atomowe
spolaryzowane

∗

HCl 3,2 -2,2 = 1,0

wiązanie atomowe

spolaryzowane

∗

H

2

O 3,5 -2,2 = 1,3

wiązania atomowe
spolaryzowane

Charakter wiązania

2007-12-07

6

Własności kierunkowe wiązań

Cząsteczka wody H

2

O

Gdyby orbitale
molekularne w cząsteczce
wody były wynikiem
nakładania się orbitali
atomowych 2p

x

i 2p

y

tlenu

z orbitalami 1s dwóch
atomów wodoru, kąt
pomiędzy wiązaniami O-H
wynosiłby 90°.

2P

x

2P

y

O

H

H

1s

1s

Zmierzony kąt pomiędzy wiązaniami O-H wynosi 105°.

Jak to wyjaśnić ?