Диаграмма молекулярных орбиталей (МО) метана (CH4) — Химическая связь и молекулярные структуры

Метан — это пятиатомная тетраэдрическая молекула. ​​Она образуется в результате соединения одного атома углерода с четырьмя атомами водорода. В молекуле метана атом углерода находится в центре, а четыре атома водорода — в четырех углах правильного тетраэдра. Следовательно, атом углерода считается центральным атомом, а четыре атома водорода — периферийными. Форма молекулы метана — тетраэдрическая, поэтому мы можем представить куб с атомом углерода в центре и четырьмя атомами водорода в чередующихся углах куба. Это простейшее представление тетраэдрической геометрии. Теперь мы можем обозначить все четыре атома водорода как H1, H2, H3 и H4. Таким образом, когда волновые функции всех четырех атомов водорода одинаковы, скажем, положительны, групповая орбиталь может быть образована путем объединения волновых функций всех атомов водорода, т.е. ψ1 становится ψ1s первого водорода + ψ1s второго водорода + ψ1s третьего водорода и ψ1s четвертого водорода. Поскольку все лепестки атомов водорода имеют одинаковый знак, это легко согласуется с симметрией 2s-орбитали атома углерода, так как 2s-орбиталь сферическая и может иметь положительный или отрицательный знак. Поэтому при положительном знаке образуется связывающая молекулярная орбиталь, а при отрицательном — антисвязывающая. Аналогично, пси-орбиталь 2 может образовываться, когда знаки волн двух атомов водорода противоположны, например, водорода 3 и водорода 4. Эта групповая орбиталь похожа на 2pz-орбиталь атома углерода, поэтому они могут перекрываться, образуя связывающие и антисвязывающие молекулярные орбитали в зависимости от знака лепестков 2pz-орбитали. Пс-орбиталь 3 может образовываться, когда знаки волн водорода 2 и водорода 3 противоположны. Эта групповая орбиталь имеет симметрию, соответствующую 2px-орбитали углерода, и может перекрываться с 2px-орбиталью атома углерода. И наконец, ψ4 может быть образована, когда знаки волн водорода 2 и 4 противоположны, что соответствует симметрии орбиталей 2py. Таким образом, мы получаем в общей сложности 4 групповых орбитали, образованных перекрытием 4 атомных орбиталей атомов водорода, представленных ψ1, ψ2, ψ3 и ψ4. Теперь давайте попробуем объединить эти групповые орбитали с соответствующими атомными орбиталями атома углерода. На основе симметрично адаптированных линейных комбинаций (SALC) четыре групповых орбитали объединяются с соответствующими орбиталями центрального атома углерода. Групповые орбитали ψ1 объединяются со своей соответствующей 2s-орбиталью атома углерода, образуя связывающую молекулярную орбиталь σs и антисвязывающую молекулярную орбиталь σstar. Сочетание орбиталей 2pz, 2px и 2py атома углерода с орбиталями групп ψ2, ψ3 и ψ4 соответственно образует три связывающие (σpz, σpx, σpy) и три антисвязывающие (σ*pz, σ*px, σ*py) молекулярные орбитали. Характер перекрытия орбиталей 2pz, 2px, 2py атома углерода с 1s-орбиталями атомов водорода одинаков. Следовательно, три связывающие молекулярные орбитали имеют одинаковую энергию, т.е. они тройно вырождены. Аналогично, три антисвязывающие молекулярные орбитали также тройно вырождены. Таким образом, в молекуле CH образуются все восемь молекулярных орбиталей, делокализованных по всем пяти атомам. Восемь образованных молекулярных орбиталей можно представить на диаграмме молекулярных орбиталей следующим образом: Справа представлены 4 групповые орбитали, образованные перекрытием 4 атомных орбиталей. Слева показаны атомные орбитали атома углерода. Электроны могут быть заполнены в соответствии с электронной конфигурацией этих атомов. Теперь ψ1 перекрывается с 2s-орбиталью, образуя σs- и σstars-орбитали, а ψ2, ψ3 и ψ4 перекрываются с 2pz, 2px и 2py соответственно, образуя 3 сигма-связывающие и 3 антисвязывающие молекулярные орбитали. Поскольку энергия этих орбиталей одинакова, они показаны на одном уровне. Восемь доступных электронов (четыре от атомов углерода и четыре от четырех атомов водорода) распределены по четырем связывающим молекулярным орбиталям с самого низкого энергетического уровня. Следовательно, электронная конфигурация молекулы метана является диамагнитной. Другие предметы: Образование для взрослых @ http://www.edmerls.com/index.php/Adul... Аналитическая химия @ http://www.edmerls.com/index.php/Anal... Прикладная физика @ http://www.edmerls.com/index.php/Appl... Инженерное черчение @ http://www.edmerls.com/index.php/Engi... Английский язык @ http://www.edmerls.com/index.php/Engl... Экология @ http://www.edmerls.com/index.php/Envi... Общая медицина @ http://www.edmerls.com/index.php/Gene... Математика @ http://www.edmerls.com/index.php/Math... Органическая химия Химия @ http://www.edmerls.com/index.php/Orga... Физическая химия @ http://www.edmerls.com/index.php/Phys... Патента B Италия @ http://www.edmerls.com/index.php/Pate... Навыки межличностного общения @ http://www.edmerls.com/index.php/Soft...