Составление энергетических схем образования молекул и ионов

Видео:Гибридизация атомных орбиталей и геометрия молекул. 10 класс.Скачать

Энергетические схемы образования молекулы и иона водорода

Задание 76.

Нарисуйте энергетическую схему образования молекулярного нона Н₂^— и молекулы Н₂ по методу молекулярных орбиталей. Где энергия связи больше? Почему?

Решение:

а) Энергетическая схема образования молекулярного иона Н₂^—:

Определим порядок связи:

Так как порядок связи равен 0,5, то ион Н₂^— должен быть энергетически устойчивым, по-скольку здесь из трёх электронов, которые должны разместиться на МО, два займут связывающую ( 1s), а один – разрыхляющую ( *1s) МО. Следовательно, образование иона Н₂^— будет сопровождаться выделением энергии. Действительно ионы Н₂^— экспериментально получены.

б) Энергетическая схема образования молекулы Н₂:

Определим порядок связи:

Так как порядок связи равен 1, то молекула Н₂ может существовать. Энергия связи в молекуле Н₂ больше, чем в молекулярном ионе Н₂^—, так как порядок связи молекулы водорода больше Н₂, чем в молекулярном ионе Н₂^—.

Видео:Метод молекулярных орбиталей. Часть 2. Построение энергетических схем.Скачать

Метод валентных связей

Задание 77.
Какие электроны атома бора участвуют в образовании ковалентных связей? Как метод валентных связей (ВС) объясняет симметричную треугольную форму молекулы ВЕ₃?
Решение:
Атом бора на внешнем энергетическом уровне содержит два s- и один р-электрон (2s²2p¹). В нормальном состоянии бор проявляет ковалентность равную 1, за счёт неспаренного р-электрона может образовать ковалентную связь по обычному механизму. В возбуждённом состоянии у атома бора 2s-электрон переходит на вакантную 2р-орбиталь и при этом об-разуется три неспаренных электрона (2s¹2p²):

Заполнение внешнего энергетического уровня атома бора в основном состоянии:

При таком состоянии валентность (спинвалентность) атома бора равна 1.

Заполнение внешнего энергетического уровня атома бора в возбуждённом состоянии:

При таком состоянии валентность (спинвалентность) атома бора равна 3.

Атом бора образует молекулу фторида бора BF₃ за счёт перекрывания электронных орбиталей, занятых неспаренными электронами, с электронными орбиталями фтора. При этом у атома бора сохраняется одна вакантная орбиталь, за счёт которой по донорно-акцепторному механизму может образовать четвёртую связь.

В атоме бора происходит гибридизация одной s-орбитали и двух р-орбиталей.  В этом случае в результате линейной комбинации трёх исходных орбиталей возникают три гибридные sp²-орбитали. При перекрывании sp²-орбиталей атома бора с орбиталями трёх атомов фтора образуются три связи, равноценные по длине и энергии. Они располагаются на одной плоскости под углом 120⁰ друг к другу. Молекулы, в которых валентные орбитали центрального атома находятся в состоянии sp²-гибридизации, имеют форму плоского треугольника.

Энергетические схемы образования молекул кислорода, фтора и азота

Задание 78.
Нарисуйте энергетическую схему образования молекулы О₂ по методу молекулярных орбиталей (МО). Как метод МО объясняет парамагнитные свойства молекулы кислорода?
Решение:

С позиций метода МО электронное строение молекулы О₂ можно представить так: 

Из энергетической схемы образования молекулы О₂ следует, что она парамагнитна, так как на  *2р_у  и  *2р_z имеются неспаренные электроны

Задание 79.
Нарисуйте энергетическую схему образования молекулы F₂ по методу молекулярных орбиталей (МО). Сколько электронов находится на связывающих и разрыхляющих орбиталях? Чему равен порядок связи в этой молекуле?Решение:
С позиций метода МО электронное строение молекулы F₂ можно представить так: 

Из энергетической схемы образования молекулы F₂ следует, что на связывающих орбиталях находится шесть электронов, а на разрыхляющих – четыре спаренных электрона. Порядок связи равен разности чисел электронов на связывающих и разрыхляющих орбиталях, делённой на два. В молекуле фтора порядок связи равен единице:

Задание 80.
Нарисуйте энергетическую схему образования молекулы N₂ по методу молекулярных орбиталей (МО). Сколько электронов находится на связывающих и разрыхляющих орбиталях? Чему равен порядок связи в этой молекуле?Решение:
С позиций метода МО электронное строение молекулы N₂ можно представить так: 

Из энергетической схемы образования молекулыN₂ следует, что на связывающих орбиталях находится шесть электронов, а на разрыхляющих – ни одного. Порядок связи равен разности чисел электронов на связывающих и разрыхляющих орбиталях, делённой на два. В молекуле азота порядок связи равен трём: