background image

 

Cząsteczki 2011 

1

CZĄSTECZKI 

 

 

klasyczne jądra 

 

kwantowe elektrony 

 

funkcja falowa  

ψ

(r

1

, r

2

, r

3

, ... r

n

) - dla chmury elektronowej 

 

 

 

w stanie podstawowym wypadkowa siła (wywierana przez 
pozostałe jądra i wszystkie elektrony) działająca na każde jądro 
jest równa 0   

 

zmiany kształtu chmury elektronowej nadążają za zmianami 
położeń jąder  

 

background image

 

Cząsteczki 2011 

2

 

NAJPROSTSZA CZĄSTECZKA 

 

 

 

Zjonizowana cząsteczka wodoru   H

2

+

 

 

background image

 

Cząsteczki 2011 

3

WIĄZANIA JONOWE 

 

     

Opis rysunku -  J.Hennel „Podstawy elektroniki półprzewodnikowej

 

 
Przykład  NaCl:    
  
Na  - 1s

2

2s

2

2p

3s

1

  

 

Cl  -  1s

2

2s

2

2p

3s

2

3p

 

 

 
 

Na

+

 - 1s

2

2s

2

2p

 

 

Cl 

−−−−

 - 1s

2

2s

2

2p

3s

2

3p

6

 

 

background image

 

Cząsteczki 2011 

4

WIĄZANIA JONOWE 

 

 

  

 

Rys. -  J.Hennel 

 

Zależność energii potencjalnej od odległości między środkami 
ciężkości jonów 

1 – energia przyciągania 

elektrostatycznego jonów  

 

2 – energia odpychania powłok 

elektronowych 

3 – wypadkowa energia potencjalna

 

background image

 

Cząsteczki 2011 

5

WIĄZANIE KOWALENCYJNE 

 

Wiązanie tworzy wspólna para elektronów o przeciwnie 
skierowanych spinach 

Orbitale  molekularne 

H

2

 

orbital wiążący

        orbital  antywiążący

 

 

Zależność energii potencjalnej 
od odległości między jądrami 

Rys. -  J.Hennel 

background image

 

Cząsteczki 2011 

6

 
 

ORBITALE MOLEKULARNE 

 

Przykładowe rozkłady gęstości ładunku elektronowego: 

 

        

 

 

Przybliżenie:  

 

1, 2

3

1

2

3

1

1, 1

2

2, 2

,

(

, ,..., ; ,

, ,...,

)

(

)

(

) .....

(

)

n

n

n

n

n

r r r

r s s s

s

r s

r s

r s

µ

ψ

ψ

ψ

ψ

=

r r r

r

r

r

r

background image

 

Cząsteczki 2011 

7

 

DRGANIA JĄDER W CZASTECZKACH 

 

 

 

Energia potencjalna cząsteczki    i    energia potencjalna oscylatora 

harmonicznego (energia drgań harmonicznych) 

   

 

background image

 

Cząsteczki 2011 

8

 

OSCYLATOR KWANTOWY 

 
Równanie Schrödingera 

 

(

)

0

2

2

2

2

=

ψ

+

ψ

U

W

m

dx

d

h

 

 

Energia potencjalna drgań oscylatora harmonicznego : 

 

 U(x) = -k x

2

/2 =  -

 

m

ω

 

2

x

2

/2 

 

n

n

n

n

u

E

u

x

m

dx

u

d

m

=

+

2

2

2

2

2

2

2

ω

h

 

background image

 

Cząsteczki 2011 

9

 

POZIOMY ENERGETYCZNE OSCYLATORA 

 

 

 

 

....

 

,

2

 

,

1

 

,

0

      

          

)

(

2

1

=

+

=

n

n

E

n

ω

h

 

 

Najniższa możliwa energia jest różna od zera

 

(drgania „zerowe” dla n=0)

 

background image

 

Cząsteczki 2011 

10

FUNKCJE FALOWE OSCYLATORA

 

 

 

   

 

 

      

          

          

2

n

n

u

u

 

background image

 

Cząsteczki 2011 

11

STANY ENERGETYCZNE CZĄSTECZEK 

 

 

 

 

α

 i 

α

’ 

dwa stanu energetyczne 

chmury elektronowej

  

 
= 0 i 

1 poziomy 

energetyczne drgań cząsteczki dla 
stanu podstawowego chmury 
elektronowej

  

 
v’ = 0 i v’ = 1 

poziomy 

energetyczne drgań cząsteczki dla 
stanu wzbudzonego chmury 
elektronowej

  

 
poziomy energetyczne drgań 
cząsteczki (poziomy 
oscylacyjne) są rozszczepione 
z powodu różnych poziomów 
energii ruchu obrotowego 
(poziomy rotacyjne).  

 

background image

 

Cząsteczki 2011 

12

WIDMA CZĄSTECZKOWE 

 

Całkowita energia cząsteczki  

 

E = E

e

 E

os

 E

rot 

 

E

e

 - energia elektronowa       

E

e

  kilka eV 

E

os

 - energia oscylacyjna       

E

os 

~ 0,01- 0,1 eV 

E

rot 

- energia rotacyjna           

E

rot

  ~ 0,001eV 

 

E

e

 E

os

 E

rot

 = 1000 : 10 : 1 

 

Promieniowanie z zakresu 

dalekiej podczerwieni

 może powodować tylko zmiany 

energii rotacji; powstaje wtedy 

widmo rotacyjne

. Zaabsorbowana energia nie 

wystarcza do zmiany energii oscylacji i energii elektronowej.  

 

Promieniowanie z zakresu 

bliskiej podczerwieni

, o większej energii, powoduje 

przejścia pomiędzy poziomami oscylacyjnymi. Ponieważ zmianom energii 
oscylacyjnej towarzyszą zmiany energii rotacyjnej, powstają 

widma oscylacyjno-

rotacyjne. 

 

Zmiany energii elektronowej może wywołać tylko promieniowanie z zakresu 

widzialnego i nadfioletu

. Zmianom tej energii towarzyszą zazwyczaj zmiany energii 

oscylacyjnej i rotacyjnej i powstaje 

widmo elektronowo-oscylacyjno-rotacyjne

  

background image

 

Cząsteczki 2011 

13

WIDMA CZĄSTECZKOWE 

 

 

Widmo cząsteczki składa się z pasm 
odpowiadających kolejnym przejściom 
elektronowym