Orbitaly, VSEPRI Orbitaly jsou pops any t remi kvantov ymi c sly. I Hlavn kvantov e c slo (n) -...

Orbitaly, VSEPRRezonančńı struktury, atomové a molekulové orbitaly, hybridizace,určováńı tvaru molekuly pomoćı teorie VSEPR, úvod do symetrie

molekul, dipólový moment

Zdeněk Moravec, [email protected]

1. listopadu 2020

1 / 22

Formálńı náboj

I Rozd́ıl mezi počtem valenčńıch elektronů ve volném atomu a va-lenčńıch elektronů ve vázaném atomu.

I Záporný náboj je uḿıstěn na nejelektronegativněǰśım atomu.

I Součet formálńıch náboj̊u všech atomů v molekule je roven jej́ımunáboji.

I H3O+: H: 0; O: 6-5=+1

I CH +3 : H: 0; C: 4-3=+1

2 / 22

Rezonančńı struktury

I Popisuj́ı polohu elektronů v molekulách.

I Vyjaďruj́ı jednotlivé limitńı stavy.

S O−

O

O−

O

S O−

O

O

O−

S O

−O

O

O−

S O

O

O−

O−

3 / 22

Atomové orbitaly

I Funkce popisuj́ıćı prostorové rozložeńı pravděpodobnosti výskytuelektronu.

I Orbitaly jsou popsány ťremi kvantovými č́ısly.I Hlavńı kvantové č́ıslo (n) - popisuje p̌ŕıslušnost orbitalu do elektro-

nové slupky – velikost orbitalu. Nabývá hodnot věťśıch než 0.I Vedleǰśı kvantové č́ıslo (l) - popisuje tvar orbitalu. Často se použ́ıvá

označeńı pomoćı ṕısmen: s, p, d, f, g, h, ... Nabývá hodnot v inter-valu < 0, n − 1 >.

I Magnetické kvantové č́ıslo (m) - popisuje prostorovou orientaci orbi-talu. Nabývá hodnot v intervalu < −l ; l >.

I Spinové kvantové č́ıslo (s) - nepopisuje orbital, ale spin elektronu vorbitalu. Nabývá hodnot ±½.

I Nodálńı rovina - rovina, kde je pravděpodobnost výskytu elektronunulová, vlnová funkce orbitalu měńı p̌ri pr̊uchodu touto rovinouznaménko.

1www.chemguide.co.uk/atoms/properties/atomorbs.html4 / 22

http://www.chemguide.co.uk/atoms/properties/atomorbs.html

Atomové orbitaly

I Orbital s - kulově symetrický, magnetické č́ıslo je vždy rovno 0.Tyto orbitaly maj́ı n − 1 kulových nodálńıch ploch.

I Orbital p - sťredově symetrický tvar, skládaj́ıćı se ze dvou lalok̊u.V ḿıstě spojeńı lalok̊u je nodálńı plocha, kde vlnová funkce popi-suj́ıćı orbital měńı znaménko. Magnetické kvantové č́ıslo pro orbitalp nabývá hodnot: -1, 0, 1.

I Orbital d - existuje pět typů orbital̊u d, ťri meziosé, jejichž lalokylež́ı mezi osami soǔradného systému - dxy , dxz a dzy . Orbital dx2−y2má čty̌ri laloky uḿıstěné v osách x a y. Posledńı orbital, dz2 má dvalaloky uḿıstěné v ose z a prstenec, lež́ıćı v rovině xy.

5 / 22

Atomové orbitaly

I Orbital f - existuje sedm degenerovaných orbital̊u typu f. Tyto orbi-taly jsou obsazovány elektrony až u vniťrně p̌rechodných prvk̊u.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:F_orbital.png

Autor: A2569875

6 / 22

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:F_orbital.pnghttps://commons.wikimedia.org/wiki/User:A2569875

Molekulové orbitaly

I Teorie LCAO-MO - Linear Combination of Atomic Orbitals - Mo-lecular Orbital.

I Molekulové orbitaly vznikaj́ı lineárńı kombinaćı atomových orbital̊u.

I Kombinaćı dvou AO vznikaj́ı dva MO - vazebný a protivazebný.Protivazebné orbitaly se označuj́ı hvězdičkou, nap̌r. σ∗.

I Aby byl p̌rekryv úspěšný muśı ḿıt vlnové funkce orbital̊u v ḿıstěp̌rekryvu stejná znaménka.

I Protivazebný orbital má o jednu nodálńı plochu v́ıce než vazebný apokud je obsazen elektronovým párem, snižuje řád vazby o jedna.Obsazený vazebný orbital naopak řád vazby zvyšuje.

I Vazba σ - vzniká osovým p̌rekryvem orbital̊u.I Vazba π - vzniká bočným p̌rekryvem orbital̊u, je p̌ŕıtomna v násobných

vazbách.

I Vazba δ - vzniká p̌rekryvem všech čty̌r lalok̊u d-orbitalu, je p̌ŕıtomnave čtverné vazbě nap̌r. v [Re2Cl8]

2 – .

1Molecular Orbital Theory7 / 22

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ic50025a015http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch8/mo.html

Molekulové orbitaly

Molekulové orbitaly v O2Zdroj: https://commons.wikimedia.org/Autor: Tem5psu

8 / 22

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:2nd_row_diatomic_MOs.jpghttps://commons.wikimedia.org/wiki/User:Tem5psu

Řád vazby

I Řád vazby popisuje počet elektronových pár̊u, které tvǒŕı vazbumezi atomy.

I Lze jej odvodit z Lewisovského vzorce molekuly nebo z diagramuMO.

H

O

H

O C O

I Řád vazby lze spoč́ıtat z počtu elektronů ve vazebných a protiva-zebných orbitalech.

I RV = vazebne elektrony−protivazebne elektrony2I Neobsazené molekulové orbitaly neovlivňuj́ı ani řád vazby, ani ener-

gii systému.

9 / 22

Oktetové pravidlo

I Nep̌rechodné prvky se snaž́ı vytvá̌ret chemické vazby tak, aby mělyve valenčńı slupce osm elektronů, č́ımž dosáhnou na elektronovoukonfiguraci vzácného plynu.

I Elektrony, které atomy sd́ıĺı v kovalentńıch vazbách se započ́ıtávaj́ıpro každý atom zvlášt’. Nap̌r. v molekule CO2 jsou kysĺıky obklopenyčty̌rmi nevazebnými elektrony a čty̌ri vazebnými, centrálńı uhĺık jepak obklopen celkem osmi elektrony ze čty̌r kovalentńıch vazeb.

O C O

I Existuje několik výjimek z oktetového pravidla, u nekov̊u z ťret́ıa vyš̌śı periody se setkáváme s tzv. elektronovým dodecetem, kdymá atom ve valenčńı slupce 12 elektronů. Toho může dosáhnoutd́ıky nezaplněným d-orbital̊um.I Př́ıkladem je molekula ICl5, kde má jód dva nevazebné elektrony

a celkem 10 elektronů z pěti kovalentńıch vazeb.I Podobně śıra v molekule SF6 má ve valenčńı slupce celkem 12 elek-

tronů ze šesti kovalentńıch vazeb S−F.

10 / 22

Hybridizace

I Hybridizace atomových orbital̊u — proces energetického ḿıseńı asměrového vyrovnáńı atomových orbital̊u daného atomu

I Počet hybridńıch orbital̊u odpov́ıdá počtu ḿısených atomových orbi-tal̊u

Hybridizace Geometrie molekulysp lineárńısp2 rovnostranný trojúhelńıksp3 tetraedrd2sp3 oktaedrdsp2 čtverec

dsp3trigonálńı bipyramidačtvercová pyramida

1Valence Bond Theory and Hybrid Atomic Orbitals11 / 22

http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c120/hybrid.html

VSEPR

I Valence Shell Electron Pair Repulsion

I Tvar molekuly urč́ıme na základě rozḿıstěńı elektronových pár̊u vokoĺı centrálńıho atomu tak, aby jejich vzájemné odpuzováńı bylo conejmenš́ı.

I Tento model je vhodný p̌revážně pro sloučeniny nep̌rechodnýchprvk̊u.

I Uvažujeme pouze nevazebné elektronové páry - n a vazebné elektro-nové páry σ.

I Základńı pravidla VSEPRu1. Elektronové páry centrálńıho atomu se v prostoru rozḿıst́ı tak, aby

byly co nejdále od sebe a měly minimálńı energii.2. Nevazebný elektronový pár odpuzuje ostatńı elektronové páry nejv́ıce,

odpuzováńı vazebných elektronových pár̊u je slabš́ı a klesá v pǒrad́ıtrojná vazba > dvojná vazba > jednoduchá vazba.

3. Tvar molekuly je dán pouze polohou vazebných elektronových pár̊u.

1Teorie VSEPR12 / 22

http://www.chemvazba.moxo.cz/Lekce/lekce5.html

VSEPRVýchoźı tvary

Počet elektronových pár̊u Tvar2 lineárńı X—A—X3 trojúhelńık

4 tetraedr

13 / 22

VSEPRVýchoźı tvary

Počet elektronových pár̊u Tvar5 trigonálńı bipyramida

6 oktaedr

14 / 22

VSEPRDva elektronové páry na centrálńım atomu

Pokud centrálńı atom (A) nese dva elektronové páry, je tvar molekulyvždy lineárńı. Pokud jsou oba vazebné (X), označujeme molekulu jakoAX2, pokud je jeden nevazebný (E), označeńı je AXE.

AX2

X—A—X

Tvar: lineárńı; ∠XAX = 180◦; Př́ıklad: CO2, BeF2

AXE

E—A—X

Tvar: lineárńı; ∠EAX = 180◦; Př́ıklad: CO

15 / 22

VSEPRTři elektronové páry na centrálńım atomu

AX3

Tvar: rovnostranný trojúhelńık; ∠XAX = 120◦ Př́ıklad: BCl3

16 / 22

VSEPRTři elektronové páry na centrálńım atomu

AX2E

Tvar: lomený; ∠XAX < 120◦ Př́ıklad: SO2

AXE2

Tvar: lineárńı; Př́ıklad: O2

17 / 22

VSEPRČty̌ri elektronové páry na centrálńım atomu

AX4 AX3E AX2E2

Tvar: tetraedr trigonálńı pyramida lomený∠XAX = 109.5◦ ∠XAX < 109.5◦ ∠XAX

VSEPRPět elektronových pár̊u na centrálńım atomu

AX5 AX4E AX3E2 AX2E3

Tvar: trigonálńı houpačka tvar T lineárńıbipyramida

∠XAX = 90◦ a 120◦ ∠XAX < 90◦ a < 120◦ ∠XAX = 90◦ ∠XAX = 180◦

Př́ıklad: AsF5 SeH4 ICl3 BrF–

2

19 / 22

VSEPRŠest elektronových pár̊u na centrálńım atomu

AX6 AX5E AX4E2

Tvar: oktaedr čtvercová pyramida čtverec∠XAX = 90◦ ∠XAX < 90◦ ∠XAX = 90◦

Př́ıklad: SF6 IF5 XeF4

20 / 22

Symetrie molekul

I Operace symetrie - geometrická operace, jej́ımž provedeńım dosta-neme objekt do polohy nerozlǐsitelné od výchoźı.

I Prvek symetrie - body, jejichž poloha se v pr̊uběhu prováděńı ope-race symetrie neměńı.

I U molekul existuje pět prvk̊u symetrie.

Operace symetrie Symbol Prvek symetrieIdentita E Celý objektRotace Cn Rotačńı osaZrcadleńı σ Rovina symetrieInverze i Sťred symetrieNevlastńı osa Sn Rotačně-reflexńı osa

21 / 22

Dipólový moment

I Vektor popisuj́ıćı rozložeńı elektrického náboje v molekule.

I Výsledný dipólmoment źıskáme vektorovým součtem dipólmoment̊ujednotlivých vazeb.

O

HH

��

@@R

?��

@@

22 / 22

Formální nábojRezonanční strukturyAtomové orbitalyMolekulové orbitalyŘád vazbyOktetové pravidloHybridizaceVSEPRVýchozí tvaryDva elektronové páry na centrálním atomuTři elektronové páry na centrálním atomuČtyři elektronové páry na centrálním atomuPět elektronových párů na centrálním atomuŠest elektronových párů na centrálním atomu

Symetrie molekulDipólový moment

Date post:	12-Feb-2021
Category:	Documents
Upload:	others
View:	3 times
Download:	0 times

Orbitaly, VSEPRI Orbitaly jsou pops any t remi kvantov ymi c sly. I Hlavn kvantov e c slo (n) -...

Documents