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Bonding in diatomic molecules CH101 Fall 2012 Boston University

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Bonding in diatomic  molecules

CH101 Fall 2012Boston University

Boston University Slideshow Title Goes HereFigures on slides 4‐6, 8, 9, 18, 19, 22 and 32−34 are used with permission from Clayden et al., Organic Chemistry (Oxford University Press, 2000), © 2007 Oxford University Press.

Figures on slides 7, 14‐16, 0, 23 and 24 are used with permission from Mahaffy et al., Chemistry: Human Activity, Chemical Reactivity (Nelson, 2011), © 2011 Nelson Education Ltd.

Figure on slides 26 are used with permission from Laird, University Chemistry (McGraw‐Hill, 2009), © 2009 The McGraw‐Hill Companies.

Bonding in diatomic molecules

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Atoms interact by merging waves

AO + AO  2 MOs

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Relative AO phase determines MO character Bonding in diatomic molecules

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σMO’s have cylindrical symmetryBonding in diatomic molecules

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1sσ and 1sσ*Bonding in diatomic molecules

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1sσ and 1sσ*

Mahaffy et al., Figure 10.20

Bonding in diatomic molecules

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1sσ (lower) and 1sσ* (upper)Bonding in diatomic molecules

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σ is “bonding” and σ* is “antibonding”Bonding in diatomic molecules

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Bonding PE, KE and total E

Attractive (< 0) PE is opposed by repulsive (> 0) KE.Molecular size is at minimum of total E.

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Antibonding PE, KE and total E

Repulsive (> 0) PE enhanced by repulsive (> 0) KE. No minimum of total E ‐‐‐ atoms fly apart!

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Bonding and antibonding total E

What matters are the total bonding and antibonding E at the bonding minimum versus the AO energies‐‐‐the energy at infinite separation.

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Correlation diagrams …

… summarize bonding and antibonding effects

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Filling of MO’s  H2 MO configuration

Mahaffy et al., Figure 10.20

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Filling of MO’s  He2 MO configuration

Mahaffy et al., Figure 10.21

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Filling of MO’s  Li2 MO configuration

Mahaffy et al., Figure 10.22

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Bond order

(bonding e‐’s – antibonding e‐’s)/2Division by two is because a single bond shares a pair of 

electrons

H2+ = H∙H+ bond order = 1/2

H2 = H:H  bond order = 1He2 bond order = 0He2+ bond order = …?

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1s (and 2s) σ and σ*Bonding in diatomic molecules

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2pzσ and 2pzσ*Bonding in diatomic molecules

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2pzσ and 2pzσ*

Mahaffy et al., Figure 10.23

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2pzσ (lower) and 2pzσ* (upper)Bonding in diatomic molecules

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2pxπ and 2pxπ*Bonding in diatomic molecules

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2pxπ and 2pxπ*

Mahaffy et al., Figure 10.24

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Homonuclear diatomics, up to N2

Mahaffy et al., Figure 10.25

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Homonuclear diatomics, after N2

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Homonuclear diatomics

Laird, University Chemistry, Figure 3.4

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Homonuclear diatomicsChallenge: Of H2, Li2, and Be2, which is/are most stable?Challenge: In Li2, what contribution to bonding is due to MO’s 

made from 1s AO’s?Challenge: N2, O2, F2, Ne2

TurningPoint lesson: Homonuclear diatomic molecules

http://goo.gl/404yQ 

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Which AO’s combine?

SOE: Symmetry, Overlap, Energy Symmetry: Which AO’s can combine to form MO’s? Overlap: Which AO’s combine with the greatest 

bonding/antibonding effect? Energy: How does relative AO energy affect composition of 

MO’s?

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Symmetry: Net overlap or not?

For a pair of AO’s to give a (bonding/antibonding) pair of MO’s, there must be net overlap (in‐phase or net out‐of‐phase).

If in‐phase and out of phase overlap exactly balance, the AO’s remain uncombined, as nonbonding orbitals.

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Overlap: Greater the better

The more net overlap, the greater the bonding/antibonding effect.

Core AO’s have least overlap Valence AO’s have greatest overlap Bonding due to MO’s made from valence AO’s

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Energy: Closer the better

The closer AO’s are in energy, the greater the bonding/antibonding effect.

If AO’s have same energy (identical atoms, homonuclear bond), MO’s will be 50% of each AO.

If AO’s have different energy (different atoms, heteronuclear  bond), … Bonding MO more lower energy AO Antibonding MO more higher energy AO

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Energy: Closer the betterBonding in diatomic molecules

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Energy: Closer the betterBonding in diatomic molecules

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Energy: Closer the betterBonding in diatomic molecules

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TurningPoint lesson: Symmetry – Overlap – Energy

http://goo.gl/tQiAj 

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