Struktura cząsteczek
• Pojęcie cząsteczki
• Wymiary i kształt cząsteczek
• Przybliżenie Borna-
Oppenheimera
• Teoria wiązań walencyjnych
• Wiązania i
• Hybrydyzacja
Struktura cząsteczek
• Pojęcie cząsteczki
• Wymiary i kształt cząsteczek
• Przybliżenie Borna-
Oppenheimera
• Teoria wiązań walencyjnych
• Wiązania i
• Hybrydyzacja
Cząsteczki
Dwuatomowe
Homojądrow
e
H
2
, O
2
, N
2
Heterojądro
we
HCl, NaJ,
NO
Wieloatomowe
H
2
O, CH
4
, H
2
SO
4
benzen, naftalen,
antracen
aminokwasy
Polimery,
Makromolekuły
Polietylen,
DNA
Struktury
supramolekularne
Jednostka
fotosyntetyczna
Rozmiary cząsteczek
W gazie: 6.02x10
23
/(22.4x10
-3
m
3
)
Po kondensacji: około 1000
razy mniejsza objętość
=>promień rzędu 10
-10
m (0.1
nm, 1 Ǻ)
Równanie gazu rzeczywistego:
(p+a/V
2
)(V-b) = RT
b (l/mol)
d (Ǻ)
H
2
0.0266
2.76
O
2
0.0318
2.93
CO
2
0.0427
3.24
C
6
H
6
0.155
4.50
Rozmiary cząsteczek
Z pomiarów własności
transportowych (dyfuzja,
przewodnictwo cieplne) można
otrzymać średnią drogę
swobodną l cząsteczek w gazie
Np. Lepkość:
v
3
1
2
l
3
p
l
-
gęstość,
p -
ciśnienie
Znając l, liczymy przekrój
czynny na oddziaływanie
cząsteczek:
2
2
1
Nd
l
Średnice cząsteczek wyliczone z
przekroju czynnego na
oddziaływanie:
d (Ǻ)
H
2
2.3
O
2
3.0
CO
2
3.4
C
6
H
6
3.8
Rozmiary cząsteczek
Rozmiary cząsteczek
Wyznaczanie odległości
międzyatomowych: metody
dyfrakcyjne
Dyfrakcja promieni X
(rentgenografia)
Dyfrakcja elektronów
Dyfrakcja neutronów
Wyznaczanie odległości
międzyatomowych: metody
spektroskopowe
Spektroskopia rotacyjna
(mikrofalowa)
Rozmiary i kształt
molekuł
Czy można zobaczyć
cząsteczkę?
Mapy gęstości elektronowej
Mikroskopia:
HREM (high resolution
electron microscopy)
STM (scanning tunneling
microscopy)
AFM (atomic force
microscopy)
Stopnie swobody
Translacji
Rotacji
Oscylacji
Rotacja: 2 stopnie swobody w
cząteczkach liniowych, 3 w
nieliniowych
Liczba drgań w cząsteczkach:
3N-5
- liniowe
3N-6
- nieliniowe
Przybliżenie Borna-
Oppenheimera
Krzywa energii
potencjalnej
Energia
dysocjacji
wiązania
)
;
,
(
)
;
,
(
ˆ
R
E
R
H
j
j
j
B
A
B
A
r
r
r
r
R
e
r
e
r
e
r
e
r
e
r
e
m
H
B
A
B
A
e
0
2
12
0
2
2
0
2
2
0
2
1
0
2
1
0
2
2
2
2
1
2
4
4
4
4
4
4
)
(
2
ˆ
Cząsteczka H
2
Teoria wiązań
walencyjnych
Cząsteczka H
2
)
2
(
)
1
(
)
(
)
(
2
1
1
1
B
A
r
r
sB
H
sA
H
Dla odległych od siebie
atomów:
Gdy atomy są blisko siebie:
)
1
(
)
2
(
)
2
(
)
1
(
B
A
B
A
Niższa energia dla funkcji:
)
1
(
)
2
(
)
2
(
)
1
(
B
A
B
A
Pełna funkcja:
)}
1
(
)
2
(
)
2
(
)
1
(
)]{
1
(
)
2
(
)
2
(
)
1
(
[
2
1
B
A
B
A
Wiązania i
Teoria wiązań
walencyjnych
Przewidywanie kształtu
cząsteczki
Eksperymen
t:
H
2
O - 104.5
0
NH
3
- 107
0
C: 2s
2
2p
x
1
2p
y
1
- jak opisać
czterowartościowość?
Promocja 2s
2
2p
x
1
2p
y
1
2s
1
2p
x
1
2p
y
1
2p
z
1
Nie daje to jeszcze równocennych
orbitali
Wyjście:
hybrydyzacja
Hybrydyzacja
Tworzymy kombinacje liniowe:
h
1
= s
+ p
x
+ p
y
+ p
z
h
2
= s
- p
x
- p
y
+ p
z
h
3
= s
- p
x
+ p
y
- p
z
h
4
= s
+ p
x
- p
y
- p
z
Hybrydyzacja
sp
3
Inne typy hybrydyzacji
Liczba
koordynacyj
na
Rozmieszczeni
e
przestrzenne
Skład
2
liniowe
sp, pd,
sd
kątowe
sd
3
płaski trójkąt sp
2
, p
2
d
4
tetraedr
sp
3
, sd
3
kwadrat
p
2
d
2
,
sp
2
d
6
oktaedr
sp
3
d
2