8. Метод молекулярных орбиталей. Мо-лкао на примере молекулы водорода. Волновые функции для связывающей и разрыхляющей мо

Условия:

1. метод МО химическую связь рассматривает как многоцентровую и многоэлектронную

2. для приближенного решения уравнения Шредингера волновая функция, соответствующая МО, задается как линейная комбинация атомных орбиталей (МО ЛКАО)

сумма

и разность

атомных волновых функций с коэффициентами, указывающими на долю их вклада в образование МО.

Связывающие и разрыхляющие молекулярные орбитали.

Связывающая МО образуется при сложении атомных орбиталей , ее

энергия понижается относительно энергий АО.

Волновая функция, соответствующая связывающей орбитали,

получается в результате сложения волновых функций с одинаковым

знаком.

Электронная плотность при этом концентрируется между ядрами,

и волновая функция принимает положительное значение.

При вычитании атомных орбиталей энергия МО повышается –

образуется разрыхляющая орбиталь. Электронная плотность

располагается за ядрами, а между ними равна нулю.

Волновая функция в двух образовавшихся электронных облаках

имеет противоположные знаки

правила:

1. Электроны в молекуле, как и в атоме, занимают соответствующие

орбитали, характеризующиеся своим набором квантовых чисел;

2. Число образующихся МО равно числу АО, участвующих в их образовании;

3. Распределение электронов по МО подчиняется принципу наименьшей

энергии (Клечковского), принципу Паули и правилу Хунда;

4. Для гомоядерных молекул выигрыш в энергии за счет образования

связывающей орбитали компенсируется повышением энергии

разрыхляющей орбитали

5. В гетероядерных (разно элементных) молекулах связывающие орбитали

по энергии ближе к орбиталям более электроотрицательного атома (B),

а разрыхляющие – к орбитали менее электроотрицательного атома (A)

6. Кратность химической связи равна половине разности числа электронов, расположенных на связывающих орбиталях, и числа электронов на разрыхляющих.

9.Типы орбиталей. Схемы образования σ- и π- молекулярных орбиталей. Условия образования связывающей, не связывающей и разрыхляющей мо в рамках метода мо.

К настоящему моменту описано пять типов орбиталей: s, p, d, f и g. Названия первых трех сложились исторически, далее был выбран алфавитный принцип. Формы орбиталей вычислены методами квантовой химии. s-Орбитали имеют сферическую форму и, следовательно, одинаковую электронную плотность в направлении каждой оси трехмерных координат:

S-орбитали

Орбитальному квантовому числу l = 0 соответствует единственное значение магнитного квантового числа m_l = 0. Эти значения характеризуют все s-орбитали.

т. к. в этом случае магнитное квантовое число принимает только

одно значение, каждый s-подуровень состоит только

из одной орбитали.

Р-орбитали

• Рассмотрим любой p-подуровень: при l = 1

• орбитали имеют форму гантелей (объемные «восьмерки»),

• магнитное квантовое число принимает следующие значения m_l = – 1, 0, + 1 (три значения), следовательно,

• p-подуровень состоит из трех орбиталей, и эти орбитали располагаются вдоль трех осей координат и, соответственно, обозначаются p_x, p_y, p_z

D-орбитали

Для d-подуровня

l = 2, m_l = – 2, – 1, 0, + 1, + 2 (5 значений), и любой

d-подуровень состоит из 5 орбиталей, которые определенным

образом расположены в пространстве и соответственно

обозначаются d_xy, d_xz, d_zy, d_z2 и d_x2-y2

σ-связь:

1) Образуют S- и р - электроны

2) Имеет цилиндрическую симметрию

3) Имеют один максимум электронной плотности

S-Электроны образуют s-связь в результате перекрывания со следующими электронами другого атома:

s–, pX–, dx2-y2 – электронами.

Когда происходит перекрывание в областях, где электронная плотность

имеет противоположные знаки – образуется не связывающая орбиталь.

π-связи:

1) возникают при перекрывании электронных облаков над и под

линией, соединяющей центры атомов.

2) Не имеют цилиндрической симметрии

3) Имеют 2 максимума электронной плотности

π-связь образуют электроны на таких парах орбиталей

как pY – pY, pZ – pZ, py – dXY

Теория молекулярных орбиталей (МО) дает представление о распределении электронной плотности и объясняет свойства молекул.

Связывающая МО образуется при сложении атомных орбиталей , ее

энергия понижается относительно энергий АО.

Волновая функция, соответствующая связывающей орбитали,

получается в результате сложения волновых функций с одинаковым

знаком.

Электронная плотность при этом концентрируется между ядрами,

и волновая функция принимает положительное значение.

При вычитании атомных орбиталей энергия МО повышается –

образуется разрыхляющая орбиталь. Электронная плотность

располагается за ядрами, а между ними равна нулю.

Волновая функция в двух образовавшихся электронных облаках

имеет противоположные знаки

Не связывающая орбиталь

Образуется, когда АО одного из атомов вследствие большой разницы в энергии или симметрии не может взаимодействовать с АО другого атома. ОНА переходит в энергетическую схему МО молекулы с энергией, соответствующей ей в атоме.