Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

1 CZĄSTECZKI I WIĄZANIA CHEMICZNE wybrane zagadnienia.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "1 CZĄSTECZKI I WIĄZANIA CHEMICZNE wybrane zagadnienia."— Zapis prezentacji:

1 1 CZĄSTECZKI I WIĄZANIA CHEMICZNE wybrane zagadnienia

2 2 Wiązania atomów w cząsteczkach: heteropolarne (jonowe) homopolarne (kowalencyjne) Natura wiązania; elektrony walencyjne Dla atomów bardzo różniących się energiami wiązania elektronów walencyjnych, np. Na – Cl, wiązanie może mieć charakter silnie jonowy (zamknięte powłoki) Wiązanie pomiędzy różnymi atomami zawsze ma charakter mieszany, kowalencyjno – jonowy

3 3 Czyste wiązanie kowalencyjne występuje tylko pomiędzy identycznymi atomami, np. H 2, N 2, O 2 Czyste wiązanie kowalencyjne ma charakter kwantowy; wymiana nierozróżnialnych elektronów Hybrydyzacja, geometria cząsteczek

4 4 Wiązanie jonowe, cząsteczka NaCl Na, konfiguracja 1s 2 2s 2 2p 6 3s, słabo związany elektron, I-sza energia jonizacji 5.14 eV (następna 47.3 eV) Cl, konfiguracja 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5, energia jonizacji atomu 13.0 eV atom chloru chętnie przyjmuje dodatkowy elektron tworząc jon ujemny, dodatnie powinowactwo elektronowe en. jonizacji ujemnego jonu Cl -1 (…3p 6 ), 3.79 eV Elektron przechodzi z Na do Cl (mała strata, 1.35 eV) jony Na 1+ i Cl 1- zbliżają się obniżając energię potencjalną, więcej niż kompensując stratę 1.35 eV

5 5 Krzywe energii potencjalnej układu Na + Cl Energie jonizacji Na i Cl 1- odpychanie jąder dla małych odległości wiążące oddziaływanie kulombowskie Na 1+ - Cl 1- energia wiązania ok. 3.6 eV

6 6 Wiązanie homopolarne (kowalencyjne) cząsteczka wodoru H 2 dwa protony, dwa elektrony, wiązanie dwuelektronowe Układ o dwóch stanach bazy Wymiana dwóch elektronów (jednoczesne tunelowanie dwóch elektronów): (H 2 )

7 7 Wiązanie homopolarne (kowalencyjne), cząsteczka wodoru H 2, wiązanie dwuelektronowe Feynman Lectures on Physics, III, rys dwa stany bazy Copyright © 1963, California Institute of Technology

8 8 Dowolny stan układu (H 2 ) będzie zatem kombinacją stanów bazy: Równanie Schrődingera zależne od czasu: gdzie współczynniki i to amplitudy prawdopodobieństwa znalezienia układu w odpowiednich stanach bazy, które oznaczać będziemy C 1 i C 2 sprowadzi się wówczas do równania na amplitudy: gdzie Izolowane atomy, H dodatkowy wyraz

9 9 gdzie H 11 = H 22 = E 0, H 12 = H 21 = -A a Jeśli nie byłeś(aś) na wykładzie do uzasadnienia możesz (musisz) dojść sam(a) korzystając z podręcznika Haken, Wolf, Atomy i kwanty Przestudiuj rozdział 10 (także fragmenty wcześniejszych, które mogą pomóc w zrozumieniu rozdz. 10) t. 3, Feynmana wykłady z fizyki Dla cząsteczki H 2 jest to metoda Heitlera – Londona

10 10 Szukamy rozwiązania równań: Łatwiej zrozumieć te równania jeśli napiszemy je tak: Pierwszy wyraz to oscylacje amplitudy dla izolowanego układu w stanie bazy, o określonej energii E 0, a drugi opisuje przepływ amplitudy z drugiego stanu do pierwszego.

11 11 Dodając i odejmując otrzymamy dwa równania, które można łatwo rozwiązać: Rozwiązania:

12 12 Dodając i odejmując otrzymamy rozwiązania na amplitudy: Wartości a i b zależą od warunków początkowych; czyli od tego, jak przygotowaliśmy stan początkowy

13 13 Jeśli np. wiemy, że układ w chwili t = 0, był w stanie |1>, to: i układ oscyluje pomiędzy dwoma stanami, z częstością zależną od A:

14 14 Oscylacje układu pomiędzy stanami |1> i |2> Feynman Lectures on Physics, III, rys. 8-2 Copyright © 1963, California Institute of Technology

15 15 Jeśli jednak inaczej przygotujemy stan początkowy, np. tak by w chwili t = 0, b = 0, mamy wówczas stan stacjonarny o energii E 0 – A, a dla a = 0, stan stacjonarny o energii E 0 + A

16 16 Feynman Lectures on Physics, III, rys Energia cząsteczki wodoru w funkcji odległości pomiędzy atomami Wymiana elektronów odpowiada za pojawienie się siły przyciągającej (lub odpychającej) dwa atomy wodoru A silnie rośnie z malejącą odległością, podobnie, dla małych odległości, E 0 Copyright © 1963, California Institute of Technology

17 17 Energia wiązania, znaczenie przeskoków (wymiany) Problem, stan ψ II jest symetryczny ze względu na wymianę elektronów Musimy uwzględnić spin Dozwolony, antysymetryczny stan będzie: i jest to stan singletowy Dla stanu ψ I spiny są równoległe (tryplet) i nie ma stanu związanego, zbliżające się atomy nie utworzą wiązania

18 18 uwzględniono odpychanie pomiędzy jądrami i spiny elektronów Stan wiążący i antywiążący Energia wiązania cząsteczki wodoru w funkcji odległości pomiędzy atomami H

19 19 HYBRYDYZACJA Geometria wiązań chemicznych na wybranych przykładach (czy potrafimy zrozumieć budowę różnych cząsteczek z udziałem węgla C) Acetylen C 2 H 2 (wiązanie potrójne), metan CH 4, etan C 2 H 6, etylen C 2 H 4 (podwójne wiązanie C=C) Benzen C 6 H 6 (zdelokalizowane wiązanie π)

20 20 Atom węgla C, konfiguracja: 1s 2 2s 2 2p 2 różnica energii pomiędzy poziomami 2s i 2p względnie nieduża; ok 4 eV dla konfiguracji 2s2p 3 wszystkie orbitale z n = 2 są obsadzone przez jeden elektron każdy jeśli zysk energetyczny z utworzonych wiązań będzie większy można te elektrony traktować jako równoważne

21 21 Z orbitali 2s, 2p x, 2p y, 2p z można utworzyć kombinacje które dla wybranych geometrii cząsteczek zwiększą stałą wymiany poprzez silniejsze nakładanie się funkcji falowych Jak? Trzeba odpowiednio zmienić rozkład ładunku (amplitudę prawdopodobieństwa znalezienia elektronu w danym stanie).

22 22 Przykład 1. hybrydyzacja digonalna (sp) Zmiana rozkładu amplitudy prawdo- podobieństwa po dodaniu funkcji s i p dwa wiązania wzdłuż prostej w przeciwnych kierunkach Copyright © Springer-Verlag, The Physics of Atoms and Quanta by Hermann Haken and Hans Christoph Wolf Copyright © for the Polish edition by Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 2002

23 23 Przykład 1. hybrydyzacja digonalna (sp) acetylen, C 2 H 2 Za:Wikipedia, autor: acetylen C 2 H 2 : 1 wiązanie potrójne C C (σ i 2π) i 2 wiązania σ C – H; wiązania σ z hybrydyzacji sp

24 24 Przykład 2. hybrydyzacja tetraedryczna (sp 3 ) Cztery równoważne funkcje falowe skierowane do czterech naroży tetraedru (zbudowanego z 4 trójkątnych ścianek)

25 25 Przykład 2. hybrydyzacja tetraedryczna (sp 3 ) Metan CH 4 : 4 wiązania σ z 4 atomami H Copyright © Springer-Verlag, The Physics of Atoms and Quanta by Hermann Haken and Hans Christoph Wolf Copyright © for the Polish edition by Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 2002

26 26 Przykład 2. hybrydyzacja tetraedryczna (sp 3 ) Etan C 2 H 6 : 1 wiązanie σ C – C i 6 wiązań C – H Za:Wikipedia, autor:

27 27 Przykład 3. hybrydyzacja trygonalna (sp 2 ) Trzy równoważne wiązania (σ) i jedno nierównoważne (π)

28 28 Przykład 3. hybrydyzacja trygonalna (sp 2 ) Rozkład amplitudy dla trzech równoważnych orbitali z hybrydyzacji sp 2 (orbital p z nie pokazany) Copyright © Springer-Verlag, The Physics of Atoms and Quanta by Hermann Haken and Hans Christoph Wolf Copyright © for the Polish edition by Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 2002

29 29 Przykład 3. hybrydyzacja trygonalna (sp 2 ) Etylen C 2 H 4 : a) wiązania σ z 4 atomami H, a) i b) wiązanie podwójne σ i π pomiędzy atomami C Copyright © Springer-Verlag, The Physics of Atoms and Quanta by Hermann Haken and Hans Christoph Wolf Copyright © for the Polish edition by Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 2002

30 30 Przykład 4. hybrydyzacja trygonalna (sp 2 ) Benzen C 6 H 6 : a) wiązania σ z 6 atomami H i 6 wiązań σ pomiędzy atomami C, b) 3 wiązania π pomiędzy atomami C Energia wiązania większa z powodu delokalizacji π (Feynman, III tom) Copyright © Springer-Verlag, The Physics of Atoms and Quanta by Hermann Haken and Hans Christoph Wolf Copyright © for the Polish edition by Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 2002

31 31 KONIEC!!! Powodzenia na egzaminie!!


Pobierz ppt "1 CZĄSTECZKI I WIĄZANIA CHEMICZNE wybrane zagadnienia."

Podobne prezentacje


Reklamy Google