Молекулалық орбитальдар әдісі
Құрылыс теориясының қазіргі кванттық механикалық кезеңі Шредингер теңдеуін шешуге екі жақтан келумен екі түрлі теориялық әдіске негізделеді. Бұлар: Валенттік байланыс теориясы, оның негізін 1930 жылдары салған Л.Полинг, Дж Слэтар және т.б.; екінші, осымен қатарлас дамыған теория – Молекулалық орбитальдар теориясы, негізін салушылар Р.Малликен, Ф.Хунд, Г.Герцберг, В.Хюккель т.б. Екі теория да көптеген сұрақтарға дұрыс жауап береді. Екі теорияның да өзіндік артықшылығы мен кемшіліктері бар.
ВБ теориясы химиялық байланыстың қанығуын, бағытталуын, химиялық реакциялар активациясын түсіндіруде қолайлы. Бірақ қосылыс құрылысын, еселі байланысты түсіндіруде дара электронды қосылыстарды түсіндіруде молекула спектрлерін сипаттауда тиімсіз болады. Мысалы, ВБ әдісімен Н2+ сутегінің молекулалық ионының құрылысын сипаттай алмаймыз. Н2+ ионы шын мәнінде өмір сүре алады (оны ашқан Дж.Томсон, XIX ғ). Сутегі молекуласын электронмен атқылап алуға болады.
(Н2) = 2 (Н) Δ Н0298 = 436,0 кДж
(Н+2) = (Н) + (Н+), Δ Н0298 = 262,8 кДж
Бұл мәліметтерден Н2+ ионы байланысы Н2 молекуласымен салыстырғанда аз болғанымен, недәуір мықты екенін көреміз.
Сыртқы магнит өрісі әсеріне байланысты заттарды диамагнитті, парамагнитті деп екіге бөлеміз.
Диамагнитті молекулаларда барлық электрондар жұптасқан күйде болады, дара электрон болмайды. Парамагнитті молекулаларда жұптаспаған дара электрондар болады және дара электрон саны неғұрлым көп болса, зат магнит өрісіне соғұрлым жақсы тартылады. Мысалы, газ күйіндегі О2 молекуласында осындай дара электрондар бар екені анықталды. ВБ әдісі бойынша олай болу мүмкін емес.
2рх2ру2рz
2рх2ру2рz
ВБ әдісі бойынша шыққан бұл тұжырым эксперимент нәтижелеріне дәл келмейді. Осындай келіспеушіліктер молекулалары құрылысын түсіндіруде, сол сияқты реакцияласқыш т.б. реакцияларының құрылысын түсіндіруде кездеседі.
Сондықтан ВБ әдісі түсіндіре алмаған сұрақтарға МО әдісі жауап береді.
МО теориясы бойынша молекула тұтас жүйе деп есептеледі. ВБ әдісі бойынша атомның байланыс түзуге қатысқан орбитальдары және сол орбитальдардағы электрондар өзгеріске түседі, ал басқа электрондар өзгеріске түспейді, әр атомды жеке алғанда қандай күйде болса, сондай күйде қалады деп есептеледі. Әрбір атомда АО болатыны секілді әрбір молекулаға МО сәйкес келеді. Оларды АО s, p, d, f секілді σ, π, δ, φ деп белгілейміз. МО да АО секілді Паули принципіне, Гунд ережесіне сәйкес, энергия өсуіне сай электронға толады.
АО-дан айырмасы МО көп центрлі болады. Сондықтан оның формасы күрделі. МО қарапайым әдіс бойынша АО сызықтық комбинациясына тең деп есептеледі. Яғни, N АО N МО түзеді .
АО МО түзу үшін: 1) олардың энергиялары бір-біріне таяу болу керек; 2) бір-бірін недәуір бүркеуі қажет; 3) молекуланың байланыс линиясына қатысты бірдей симметриялы болу керек.
МО теориясының негізі:
Молекула тұтас жүйе, ондағы барлық электрондар сол молекулаға ортақ.
Молекуладағы электрон атомдағы сияқты бір ядроның өрісінде емес, молекула құрамындағы барық ядро өрісінде болады.
Молекуладағы әр орбитальға молекулалық толқындық функция сәйкес келеді.
Молекулалық орбитальдарға электрондардың орналасуы Паули принципіне, Гунд ережесіне, орбитальдар энергиясының өсуіне сай жүреді.
Н2+ молекулалық ионы мен Н2 молекуласын МО тұрғысынан қарастырайық. Н2+ молекулалық ионында 1 электрон екі атомға ортақ та қосылыс сутегі атомы мен протоннан мына схема бойынша түзіледі.
Н + Н+ - 262,8 кДж = Н2+
Молекулалық орбитальдың толқындық фунциясын екі вариантпен жазуға болады.
Яғни, бұл жағдайда жалғыз электрон әрбір ядро өрісінде болып екеуіне де бірдей ортақ болады.
– бір сутек атомының, екінші сутек атомының толқындық функциясы.
АО өзара қосылғандығы МО пішіні:
АО МО
Н 2 молекуласы Н 2+ мол.ионының
МО МО түзілуі
АО қосылуы арқылы түзілген МО энергиясы атомдық орбитальдікінен төмен, ол орбиталь байланыстырушы орбиталь деп аталады. Байланыстыратын орбитальмен сипатталатын электрон бұлтының тығыздығы ядроларды жалғастыратын түзу бойында орналасқандықтан ол σ (бай) орбиталь деп аталады.
Атомдық орбитальдарды бір-бірінен алу арқылы түзілген электрон тығыздығы ядролардан кейін, ал арасында нөлге тең болатын МО σ(бос) деп аталады.
Н2+ молекулалық ионының молекулалық орбиталында 1Sа 1Sб АО энергиясы бірдей болғандықтан бір деңгейде орналасқан. σбай орбиталь бастапқы АО-дан тұрақты, σбос АО-ден тұрақсыз. Н2+ 1 электроны σбай барады. Ендеше, оның электрондық құрылысы (σбай)1 деген электрондық формуламен өрнектеледі.
Н2 молекуласы МО. Онда 2 электрон бар. Паули принципі бойынша электрон σбай – ға барып спині қарама-қарсы болып орналасады да, оның молекуласының электрондық құрылысы σ(бай)2 формуласымен өрнектеледі. МО теориясы бойынша молекуладағы байланыс саны байланыстырушы орбиталдағы электрон санынан босаң орбитальдағы электрон санын алып, 2-ге бөлгенге тең.
Не 2 молекуласы. Гелий атомының электрондық формуласы – 1s 2.
Ендеше Не атомдары байланыспайды.
Екінші период элементтерінің екі атомды молекулаларының орбитальдары және электрондық құрылысы.
Екінші период элементтері атомдарының валенттік қабатында 4 орбиталь бар, біреуі S, екіншісіне р- типтес орбитальдар.
(2S a - 2S в) = σ бос
2S a 2S в
(2Sa + 2Sв) = σбай
2рха – 2рхв = σбос
(2рха + 2рхв) = σбай
Түзілген МО тығыздығы ядроны қосатын түзу бойында болғандықтан σ х – орбитальдар деп аталады. х – ол 2р х орбитальдар әсерлесуі нәтижесінде түзілгенін көрсетеді.
π (бос) = 2р z(а) – 2p z(в)
2рz(а) + 2pz(в) =
пішіні , пішіні секілді.
Екінші период элементтерінің молекулаларында мынадай МО бар.
2 период элементтері молекулаларының энергетикалық айырымы недәуір болғандағы деңгей схемасы (МО)
Сурет 3 - Екі атомды екінші период элементтерінің энергетикалық айырымы аса үлкен болмағандағы деңгей схемасы
F2 молекуласы МО
2F[1s22s22p5]=F2[(σбайл1s)2(σбос1s)2(σбай2s)2(σбос2s)2(σбайл2рх)2· (πбай2πу,z)4(πбос2πу,z)4] (толық)
Көбіне электронды формулада тек валенттік қабат электрондарын ғана жазады.
F2[KK(σsбайл)2(σsбос)2(σpбай)2(πpбай)4(πpбос)4,
K – He – қабықшасы
N2(σбайл1s)2(σбос1s)2(σбай2s)2(σбос2s)2(πpбай)4(σxбос)2
2О[1s22s22p4]=О2[(σбайл1s)2(σбос1s)2(σбай2s)2(σбос2s)2(πpбай)4(σxбос)2(πpбос)2
|
B2
|
C2
|
N2
|
O2
|
F2
|
Ne2
|
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
|
- -
|
- -
|
- -
|
|
|
|
|
-
|
-
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Байланыс саны
|
1
|
2
|
3
|
2
|
1
|
0
|
Ядро аралығы,
|
1,59
|
1,31
|
1,10
|
1,21
|
|
-
|
Диссоц.энерг.
|
288,4
|
627
|
940
|
494
|
|
-
|
Элек.форм. (атом)
|
1s22s1
|
1s22s22p2
|
1s22s22p3
|
1s22s22p4
|
1s22s22p5
|
1s22s22p6
|
N2 MO электрон орналасуы
Достарыңызбен бөлісу: | 
