Bài giảng Phương pháp orbital phân tử (MO)

ppt 48 trang ngocly 1190
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Phương pháp orbital phân tử (MO)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_phuong_phap_orbital_phan_tu_mo.ppt

Nội dung text: Bài giảng Phương pháp orbital phân tử (MO)

  1. TwoTwo TheoriesTheories ofof BondingBonding MOLECULAR ORBITAL THEORY — Robert Mullikan (1896-1986) THUYẾT MO Phương pháp orbital phân tử (MO)
  2. Tính thuận từ cuả O2
  3. Bất lợi cuả thuyết VB Thực nghiệm cho thấy O2thuận từ O O Khơng cĩ điện tử độc thân Nghịch từ Lý thuyết orbital phân tử – liên kết cộng hĩa trị được tạo thành từ sự tổ hợp tuyến tính các AO tạo thành các MO.
  4. LIÊN KẾT CỘNG HĨA TRỊ THEO PHƯƠNG PHÁP MO + a. Bài tốn ion H2 b. Quan niệm của phương pháp MO c. Các luận điểm cơ sở của phương pháp MO c. Áp dụng phương pháp MO cho các phân tử bậc hai
  5. Bài tốn H+ Thế năng của electron : e─ Hàm sĩng phân tử (MO) mơ tả r rb a chuyển động của một electron + trong ion H2 a Rab b Orbital phân tử (MO) liên kết Orbital phân tử (MO) phản liên kết
  6. Tổ hợp tuyến tính cộng →cĩ tác dụng liên kết,năng lượng thấp hơn→MOlk(σ1S) Tổ hợp tuyến tính trừ →cĩ tác dụng phản liên kết, năng lượng * cao hơn →MOplk(σ1S )
  7. MO liên kết MO phản liên kết Năng lượng thấp hơn Năng lượng cao hơn Bền Khơng bền Mật độ e giữa Mật độ e giữa hai nhân tăng hai nhân giảm
  8. Giản đồ năng lượng tạo thành các + MO từ các AO (S) trong ion H2 * - σ1s MO phản liên kết cĩ năng lương cao hơn năng lượng AO ban đầu σ1s - MO liên kết, cĩ năng lượng thấp hơn năng lượng AO ban đầu
  9. Quan niệm của phương pháp MO • Phân tử là một nguyên tử phức tạp đa nhân. • Mơ tả sự chuyển động của từng electron riêng biệt bằng hàm orbital phân tử (MO)
  10. Các luận điểm cơ sở của phương pháp MO Ø Phân tử - tổ hợp thống nhất gồm các hạt nhân và các electron của các nguyên tử tương tác. ØTrạng thái của e được mơ tả bằng các MO. Mỗi MO được xác định gần đúng bằng phương pháp tổ hợp tuyến tính các orbital nguyên tử MO = Ci AO ØSố MO tạo thành bằng số AO tham gia tổ hợp tuyến tính
  11. Điều kiện các AO tham gia tổ hợp tuyến tính – Năng lượng gần nhau. – Mức độ che phủ đáng kể. – Cùng tính đối xứng đối với trục liên nhân.
  12. Sự che phủ các AO dọc theo trục liên nhân → MO  MO  nhận trục liên nhân làm trục đối xứng Sự che phủ các AO về hai phía trục liên nhân →MO MO cĩ mặt phẳng phản xứng chứa trục liên nhân Năng lượng các MO phụ thuộc vào năng lượng AO và mức độ che phủ giữa các AO đĩ.
  13. Sự tạo thành các MO từ sự tổ hợp tuyến tính các AO của phân tử bậc hai AO + AO → MO liên kết (, ), EMO EAO 0 0 o AO → MO khơng liên kết ( , ), EMO = EAO
  14. Sự tạo thành các MOσ từ AO s
  15. Sự tạo thành các MOσ,MO từ các AOp
  16. Ø MỗiMỗi MOMO chỉchỉ chứachứa tốitối đađa 22 ee cĩcĩ spinspin đốiđối songsong. CácCác ee sắpsắp xếpxếp vàovào cáccác MOMO tuântuân theotheo nlnl vữngvững bền,bền, nlnl ngoạingoại trừtrừ Pauli,Pauli, quyquy tắctắc HundHund. TrạngTrạng tháithái cuảcuả cáccác ee trêntrên cáccác MOMO đượcđược đặcđặc trưngtrưng bằngbằng cáccác sốsố lượnglượng tửtử phânphân tửtử |||| vàvà  tươngtương ứngứng giốnggiống nhưnhư sốsố lươnglương tửtử  vàvà mm  trongtrong nguyênnguyên tử.tử.
  17. Trong nguyên tử Trong phân tử l = 0, 1, 2, 3 || = 0, 1, 2, AO: s, p, d, f MO: σ, , , m  = 0, 1, 2, = 0, 1, 2,
  18. Trong nguyên tử Trong phân tử thẳng A2 (trục z là trục liên nhân) 2 2 = 0 m = 0 → s ||=0 → =0 → σ s 6 = 1 m = 0, 1 → p || = 0 , 1 → =0 , 1 2 2 2 → σpx ( py) ( pz)
  19. Các đặc trưng liên kết –Lk được quyết định bởi các e lk mà khơng bị triệt tiêu. –Một bậc lk ứng với một cặp e lk khơng bị triệt tiêu –Cho lk 2 tâm: Bậc lk –Tên của lk được gọi bằng tên của cặp e lk khơng bị triệt tiêu –Bậc lk tăng thì năng lượng lk tăng cịn độ dài lk giảm
  20. • Thuyết MO coi sự hình thành liên kết hĩa học là sự chuyển điện tử (hĩa trị) từ các AO cuả các nguyên tử tương tác về các orbital phân tử thuộc chung tồn bộ phân tử.
  21. Việc mơ tả cấu trúc phân tử gồm các bước üBước 1: Xét sự tạo thành MO từ các AO üBước 2: Sắp xếp các MO theo thứ tự năng lượng tăng dần üBước 3: Xếp các electron vào các MO üBước 4: Xét các đặc trưng liên kết
  22. Các phân tử bậc hai thuộc chu kỳ 1 * 1S 1S → σ1s , σ1s * E : σ1s < σ1s
  23. các phân tử bậc hai thuộc chu kỳ 1 AO MO AO H H2 H 1s 1s Năng lượng 2 H2 : [(σ1s) ] Bậc liên kết = 1 Nghịch từ
  24. AO MO AO He He2 He 1s 1s Năng lượng Bậc liên kết = 0 Khơng tồn tại
  25. AO MO AO + + He He2 He 1s 1s Năng lượng + 2 * 1 He2 :[(σ1s) (σ1s ) ] Bậc liên kết = ½ Thuận từ
  26. Áp dụng phương pháp MO cho các phân tử bậc hai chu kỳ hai • Các phân tử hai nguyên tử của các nguyên tố cuối chu kỳ II • Các phân tử hai nguyên tử cùng loại của những nguyên tố đầu chu kỳ II • Các phân tử hai nguyên tử khác loại của những nguyên tố chu kỳ II
  27. Các phân tử bậc hai thuộc chu kỳ 2 (trục x là trục liên nhân ) * 1S 1S → σ1s , σ1s * 2S 2S → σ2s , σ2s * 2px 2px → σ2px , σ2px * 2py 2py → 2py , 2py * 2pz 2pz → 2pz , 2pz E : σ1s< σ1s*<σ2s<σ2s*<σ2px< 2py = 2pz< 2py* = 2pz* < σ2px*
  28. Các phân tử bậc hai đầu chu kỳ 2 Chu kỳ 2 Li Be B C N O F E2p-E2s 1,85 2,73 3,75 4,18 10,9 15,6 20,8 = E [eV] σ2s = C1(2SA+ 2SB) + C2(2PA + 2PB) C2 << C1 * σ2s = C3 (2SA- 2SB) + C4 (2PA - 2PB) C4<<C3
  29. Giản đồ năng lượng các MO của các phân tử A2 thuộc đầu chu kỳ 2
  30. ØCác ptử hai ngtử của các ngtố đầu chu kỳ II + MO Li2 Be2 B2 C2 N2 N2 Tổng số e 6(2) 8(4) 10(6) 12(8) 14(10) 13(9) 2px*       2py*, 2pz*             2px       2py, 2pz             2s*       2s       1s*       1s       Bậc liên kết 1 0 1 2 3 2,5 Chiều dài lk (A0) 2,67 – 1,59 1,24 1,10 1,12 NL liên kết (kJ/mol) 105 – 289 599 940 828 Từ tính nghịch – thuận nghịch nghịch thuận
  31. ØCác ptử hai ngtử cùng loại của những ngtố cuối ckỳ II + – – MO O2 O2 O2 F2 F2 Ne2 Tổng số e 15(11) 16(12) 17(13) 18(14) 19(15) 20(16) 2px*       2py*, 2pz*             2py, 2pz             2px       2s*       2s       1s*       1s       Bậc liên kết 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Chiều dài lk (A0) 1,12 1,21 1,26 1,41 – NL liên kết (kJ/mol) 629 494 328 154 – Từ tính thuận Thuận thuận nghịch thuận –
  32. Phân tử nhị nguyên tử dị nhân Nguyên tử âm điện hơn sẽ cĩ năng lượng thấp hơn và đĩng gĩp chủ yếu vào MO liên kết
  33. Xét phân tử CO C cĩ 6 electrons O cĩ 8 electrons
  34. C O Bậc liên kết (10 – 4)/2 = 3 Heteronuclear
  35. ØCác ptử hai ngtử khác loại của những ngtố chu kỳ II – + MO N2 CO CN NO Tổng số e 14 14 14 14 2px*     2py*, 2pz*         2px     2py, 2pz         2s*     2s     1s*     1s     Bậc liên kết 3 3 3 3 Chiều dài liên kết (A0) 1,10 1,13 1,14 1,06 NL liên kết (kJ/mol) 940 1076 1004 1051 Tính thuận từ nghịch nghịch nghịch nghịch
  36. Non-bonding electrons H F Bond order: (2 – 0)/2 = 1
  37. LIÊN KẾT KIM LỌAI Các tính chất của kim loại Khơng trong suốt Cĩ ánh kim Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt Dẻo
  38. Cấu tạo kim loại và liên kết kim loại üNhững ion dương ở nút mạng tinh thể üCác electron hĩa trị tự do chuyển động hỗn loạn trong tồn bộ tinh thể KL → khí electron
  39. Thuyết miền năng lượng về cấu tạo kim loại
  40. • MIỀN HĨA TRỊ - HOMO miền chứa electron hĩa trị • MIỀN DẪN – LUMO miền nằm trên miền hĩa trị • MIỀN CẤM là khoảng cách giữa hai miền trên nếu cĩ
  41. ÁpÁp dụngdụng thuyếtthuyết miềnmiền năngnăng lượnglượng đểđể giảigiải thíchthích tínhtính dẫndẫn điệnđiện củacủa chấtchất rắnrắn Chất cách Chất bán dẫn Kim lọai cĩ điện 0,1 3 eV miền dẫn che phủ hay tiếp xúc nhau