​​​​​​​Нарисуйте энергетическую схему образования молекулярного иона H2 и молекулы H2 по методу молекулярных орбиталей. Где энергия связи больше? Почему? (Решение → 24190)

Заказ №38836

Нарисуйте энергетическую схему образования молекулярного иона H2 и молекулы H2 по методу молекулярных орбиталей. Где энергия связи больше? Почему?

Решение:

Метод молекулярных орбиталей исходит из того, что каждую молекулярную орбиталь представляют в виде алгебраической суммы (линейной комбинации) атомных орбиталей. Например, в молекуле водорода в образовании МО могут участвовать только 1s атомные орбитали двух атомов водорода, которые дают две МО, представляющие собой сумму и разность атомных орбиталей 1s1 и 1s2 – МО± = C11s1 ±C21s2. (рис.1) Рис.1 Взаимодействие атомов водорода Поскольку ядра во взаимодействующих атомах водорода одинаковы, то и вклад атомных орбиталей будет одинаковым, что обеспечивается равенством коэффициентов, с которыми sорбитали участвуют в линейной комбинации (C1=C2=C). Поскольку должно выполняться требование, что сумма квадратов коэффициентов при АО равна 1, то имеем 2C2=1, откуда Опуская этот нормировочный множитель, запишем две молекулярные орбитали как сумму и разность АО атомов водорода: Электронная плотность этих двух состояний пропорциональна |MO±| 2 . Поскольку в молекуле водорода взаимодействие возможно только по оси молекулы, то каждая из MO± может быть переобозначена как σсв = 1s1+1s2 и σ* = 1s1–1s2 и названа соответственно связывающей (σсв) и разрыхляющей (σ*) молекулярными орбиталями (рис. 2). Из рис. 2 видно, что электронная плотность посередине между ядрами для σсв значительна, а для σ* равна нулю. Отрицательно заряженное электронное облако, сконцентрированное в межъядерном пространстве, притягивает положительно заряженные ядра и соответствует связывающей молекулярной орбитали σсв . А МО с нулевой плотностью в межъядерном пространстве соответствует разрыхляющей орбитали σ*. Рис.2 Распределение электронной плотности в молекуле Н2 Состояния σсв и σ* отвечают разным уровням энергии, причем молекулярная орбиталь σсв имеет более низкую энергию по сравнению с исходными АО двух невзаимодействующих атомов водорода 1s1 и 1s2 (рис. 3). Рис. 3 Энергетическая диаграмма атомных и молекулярных уровней водорода Переход двух электронов на МО σсв способствует понижению энергии системы; этот энергетический выигрыш равен энергии связи между атомами в молекуле водорода H–H. Даже удаление одного электрона с МО (σсв) 2 c образованием (σсв) 1 в молекулярном ионе H2 + оставляет эту систему более устойчивой, чем отдельно существующие атом H и ион H+ . Рис. 4 иллюстрирует изменение энергии МО σсв и σ* в зависимости от межатомного расстояния r12. При большом расстоянии r12 их энергия будет мало отличаться от энергий АО 1s1 и 1s2. При некотором r 0 12 энергия σсв достигнет минимума и будет соответствовать энергии связи Eсв молекулы H–H.