Τι είναι ένα μοριακό τροχιακό διάγραμμα;

Διάγραμμα μοριακού τροχιακού:Μια οπτική αναπαράσταση της σύνδεσης

Ένα μοριακό τροχιακό διάγραμμα είναι μια οπτική αναπαράσταση του τρόπου με τον οποίο τα ατομικά τροχιακά συνδυάζονται για να σχηματίσουν μοριακά τροχιακά σε ένα μόριο. Είναι ένα ισχυρό εργαλείο που χρησιμοποιείται στη χημεία για να εξηγήσει και να προβλέψει:

* αλληλεπιδράσεις συγκόλλησης και αντιμονάτων: Δείχνει πώς αλληλεπιδρούν τα ατομικά τροχιακά για να σχηματίσουν νέα μοριακά τροχιακά, μερικά από τα οποία συνδέονται (χαμηλότερη ενέργεια) και κάποια αντιμονίκια (υψηλότερη ενέργεια).

* Παραγγελία δεσμού: Η διαφορά μεταξύ του αριθμού των ηλεκτρονίων στη συγκόλληση και των τροχιακών αντισυμβαλλομένων καθορίζει τη σειρά δεσμού, η οποία συσχετίζεται άμεσα με τη δύναμη του δεσμού.

* Μαγνητικές ιδιότητες: Η παρουσία μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων σε μοριακά τροχιακά υπαγορεύει τον παραμαγνηττισμό του μορίου (που προσελκύεται από ένα μαγνητικό πεδίο) ή διαμαγνητισμό (απωθημένο από μαγνητικό πεδίο).

* Διαμόρφωση ηλεκτρονίων: Βοηθά στην κατανόηση του τρόπου κατανομής των ηλεκτρόνων μέσα στο μόριο.

Βασικά στοιχεία:

* Ατομικά τροχιακά: Αυτά είναι τα τροχιακά των μεμονωμένων ατόμων που συνδυάζονται για να σχηματίσουν μοριακά τροχιακά. Εκπροσωπούνται ως γραμμές στο διάγραμμα.

* Μοριακά τροχιακά: Αυτά είναι τα νέα τροχιακά που σχηματίζονται από το συνδυασμό ατομικών τροχιακών. Εκπροσωπούνται επίσης ως γραμμές στο διάγραμμα.

* Επίπεδα ενέργειας: Η ενέργεια κάθε ατομικής και μοριακής τροχιάς υποδεικνύεται από τη θέση του στο διάγραμμα.

* ηλεκτρόνια: Κάθε ηλεκτρόνιο αντιπροσωπεύεται από ένα βέλος, με την κατεύθυνση του βέλους που υποδεικνύει την περιστροφή του.

Κατασκευή:

* Ξεκινήστε με τα ατομικά τροχιακά των ατόμων που εμπλέκονται: Για παράδειγμα, στο H2, έχουμε δύο ατομικά τροχιακά 1s.

* Συνδυάστε τα ατομικά τροχιακά για να σχηματίσετε μοριακά τροχιακά: Υπάρχουν δύο πιθανοί συνδυασμοί:μια τροχιακή σύνδεση (χαμηλότερη ενέργεια) και ένα τροχιακό (υψηλότερη ενέργεια).

* Γεμίστε τα μοριακά τροχιακά με ηλεκτρόνια: Ακολουθήστε τον κανόνα του Hund και την αρχή του αποκλεισμού Pauli για να διανείμετε τα ηλεκτρόνια.

Κατανόηση του διαγράμματος:

* Τροχαλία συγκόλλησης: Τα ηλεκτρόνια στα τροχιακά συγκόλλησης συμβάλλουν στη σταθερότητα του μορίου. Σχηματίζονται με εποικοδομητική παρεμβολή ατομικών τροχιακών, οδηγώντας σε αυξημένη πυκνότητα ηλεκτρονίων μεταξύ των πυρήνων.

* Αντιβόνους τροχιακών: Τα ηλεκτρόνια σε τροχιακά αντιβώματα μειώνουν τη σταθερότητα του μορίου. Σχηματίζονται από καταστροφικές παρεμβολές, οδηγώντας σε μείωση της πυκνότητας ηλεκτρονίων μεταξύ των πυρήνων.

Εφαρμογές:

* Πρόβλεψη μοριακής γεωμετρίας: Η γνώση του αριθμού των συγκόλλησης και των μη δεσμευμένων ηλεκτρονίων στο μόριο μπορεί να βοηθήσει στον προσδιορισμό του σχήματος του.

* Εξηγώντας χημικές αντιδράσεις: Με την κατανόηση των σχετικών ενεργειών των μοριακών τροχιακών, μπορούμε να προβλέψουμε πώς θα αντιδράσουν τα μόρια.

* Κατανόηση φασματοσκοπίας: Τα μοριακά τροχιακά διαγράμματα βοηθούν στην ερμηνεία των αποτελεσμάτων των φασματοσκοπικών τεχνικών όπως η φασματοσκοπία UV-VIS και NMR.

Παράδειγμα:

* Το διάγραμμα μοριακής τροχιάς του Η2 δείχνει δύο ατομικά τροχιακά (1s) που συνδυάζονται για να σχηματίσουν δύο μοριακά τροχιακά:ένα τροχιακό συγκόλλησης Sigma (σ) και ένα αντισυμβαλλόμενο τροχιακό Sigma (σ*). Τα δύο ηλεκτρόνια από τα άτομα υδρογόνου γεμίζουν το τροχιακό συγκόλλησης, με αποτέλεσμα ένα σταθερό μόριο με σειρά δεσμού 1.

Συνολικά, τα μοριακά τροχιακά διαγράμματα παρέχουν ένα ισχυρό πλαίσιο για την κατανόηση της ηλεκτρονικής δομής και των ιδιοτήτων συγκόλλησης των μορίων.