Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 1 /69
A kémiai kötés magasabb szinten
5-1 Mit kell tudnia a kötéselméletnek?
5-2 Vegyérték kötés elmélet
5-3 Atompályák hibridizációja
5-4 Többszörös kovalens kötések
5-5 Molekulapálya elmélet
5-6 Delokalizált elektronok: benzol
5-7 Kötés fémekben
Fókusz: fotoelektron spektroszkópia
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 2 /69
5-1 Mit kell tudnia a kötéselméletnek?
• A távoli atomokat hozza közel.
– e- a mag vonzza.
– e- egymást taszítják.
– A magok taszítják egymást.
• Rajzoljuk fel a potenciális energiát a távolság függvényében.
– -ve stabil – a vonzás dominál.
– +ve nem stabil – a taszítás dominál.
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 4 /69
5-2 Vegyérték kötés elmélet
• Az atompályák átfedése szükséges a kovalens
kötéshez.
• Az átfedésnek a megfelelő fázisban kell lennie (+
+) vagy (- -) a (+ -) átfedés kioltja egymást.
• Ez egy lokalizált kötés modell.
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 6 /69
Példa 5-1
Írjuk le a, PH3-at vegyérték-kötés módszerrel..
Azonosítsuk a vegyérték elektronokat:
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 7 /69
Példa 5-1
Vázoljuk a pályákat:
Hozzuk átfedésbe a pályákat:
Írjuk le az alakot: Trigonális piramis
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 8 /69
5-3 Atompályák Hibridizációja
Alapállapot
Gerjesztett állapot
A metán sp3 hibrid pályái
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 11 /69
)2222(2
1
)2222(2
1
)2222(2
1
)2222(2
1
4
3
2
1
zyx
zyx
zyx
zyx
pppsh
pppsh
pppsh
pppsh
Kockába ágyazott
Tetraéder csúcsainak
Koordinátái:
x y z
1 1 1
1 -1 -1
-1 1 -1
-1 -1 1
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 20 /69
Hybrid pályák ésVSEPR
• Lewis szerkezet.
• VSEPR az elektrongeometria meghatározása.
• Válasszuk ki a megfelelő hibridizációt.
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 21 /69
5-4 Többszörös kovalens kötések
• Az etilén Lewis szerkezeti képletében kettős kötés
van
• VSEPR: AX3: trigonális planaris a szén atomon.
• sp2 hibridizáció:
Etilén, sp2 hibrid C atom
• Az sp2 hibridizált C atom alakja felülnézetből
minden pályára egy elektron jut.
• A nem hibridizálódó 2p pálya (sárga) merőleges az sp2 pályák síkjára.
Az sp2 hibrid oldalnézete p pályával.
+
-
Etilén, p pálya C atom
Etilén p kötés
• A kettős kötés másik része az oldal irányból
átlapoló p pályákból keletkező p kötés.
Lewis képlet
Acetilén, hármas kötés
Az acetilén, C2H2, a legegyszerűbb hármas kötést
tartalmazó szerves vegyület (hármas kötés van a
szervetlen N2 nitrogén molekulában is).
vagy
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 29 /69
Acetilén
• Acetilén, C2H2, hármas kötés.
• VSEPR: lineáris
• sp hibrid.
s kötés keletkezik az sp hibridek szemből történő
átfedéséből a hidrogénnel való kötésekből is
s s s
s kötések
• Az atomi szinten maradó p pályákon lévő elektronok
p kötéseket képeznek.
Hármas kötés: egy s és kettő p kötés
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 32 /69
5-5 Molekulapálya elmélet
• Az atompályák (AO) az atommagon centráltak.
• A molekulapályák (MO) több atomot kötnek
össze.
• LCAO -MO
– Linear combination of atomic orbitals.
– Atompályák két lineáris kombinációja:
Ψ1 = φ1 + φ2 Ψ2 = φ1 - φ2
MO
AO-k
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 35 /69
MO-kkal kapcsolatos alapvető dolgok
• MO-k száma = AO-k száma.
• Kötő és lazító MO-k keletkeznek az AO-kból.
• e- a legalacsonyabb energiájú MO-kat tölti be
először.
• Pauli kizárási elv érvényes.
• Hund szabály érvényes.
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 36 /69
Kötésrend (Bond Order, BO)
• Stabil molekulákban több elektron van a kötő-
pályákon mint a lazító-pályákon.
Kötésrend = N e- kötő MO-kon - N e- lazító MO-kon
2
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 37 /69
Az első periódus kétatomos molekulái
BO = (1-0)/2 = ½ H2
+
BO = (2-0)/2 = 1 H2
BO = (2-1)/2 = ½ He2
+
BO = (2-2)/2 = 0 He2
BO = (e-kötő - e
-lazító )/2
Kötésrend - kötéstávolság
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 38 /69
• H2-tipusú molekulák:
• Molekula e-konfiguráció Kötésrend kötéstávolság
H2+ 1s1 ½ 106 pm
H2, He22+ 1s2 1 74, ~75
H2–, He2
+ 1s2 1s*1 ½ ~106, 108
H22–, He2
1s2 1s*2 0 nem kovalens
252. old, 128. ábra
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 39 /69
A második periódus kétatomos molekulái
• Első periódus:1s pálya.
• Második periódus 2s és 2p pályák.
• p pálya átfedés:
– Szemből, a legerősebb – szigma kötés (σ).
– Oldalról, ez gyengébb – pi kötés (π).
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 43 /69
AO-MO energia diagram (Z 7 )
Z=6: C2
4
2
2*
2
2
2
2*
1
2
1 )()()()()( pususgsusg pssss
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 44 /69
Kötésrend és mágnesesség (Z 7)
242*22*2 )2()2()2()2()1()1( ppssss guugug spssssN2
N2+
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 45 /69
142*22*2 )2()2()2()2()1()1( ppssss guugug spssssN2+
Paramágneses
A kötésrend = 2,5
N2 –höz képest:
Kötéstávolság megnyúlik,
a kötés meggyengül,
A disszociációs energia csökken
255.Oldal 130. ábra
O2+
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 47 /69
1*422*22*2 )2()2()2()2()2()1()1( pppssss gugugug ppsssss
Paramágneses
A kötésrend = 2,5
O2 –höz képest:
Kötéstávolság megrövidül,
a kötés megerősödik,
A disszociációs energia nő
255.Oldal 130. ábra
Benzol MO-k és energiák
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 52 /69
Delokalizált p kötő pályák
Lazító p pályák
6 e-
A töltés eloszlása a p rendszerben
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 53 /69
Szimmetrikus elektrosztatikus
potenciál felület.
A piros jelenti a negatív
a kék a pozitív
Töltések dominanciáját
Bórazin
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 54 /69
Egyenetlen töltéseloszlás
a benzolnál kevésbé stabil
6 elektronos delokalizált
p rendszer
CO32-
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 59 /69
A valódi 6 elektronos delokalizált szerkezet
6 e
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 60 /69
5-7 Kötés fémekben
• Elektrongáz modell
– Atom törzsek e-gázban
– Fémes fény.
– Alakíthatóság.
Force applied
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 61 /69
Fémes kötés
Sávelmélet.
• Az MO elmélet kiterjesztése.
N atom N pálya
közeli energiák
• N/2 betöltve.
A vegyérték sáv.
• N/2 üres.
A vezető sáv.
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 62 /69
Sávelmélet
Félvezető Szigetelő
vezető sáv
vegyérték s.
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 67 /69
Fókusz UPS Fotoelektron spektroszkópia
Az ionizáció: M + h = M+ + e-
Imh ee 2v2
1
Koopman tétel: Az ionizáció (I) energiája
Megfeleltethető a pályák energiájának:
H atom és H2 molekula
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 68 /69
H + h → H+ + e- Egyetlen sáv: az 1s1 elektron
ionizációs energiája 13.6 eV = 1312 kJ/mol
Egy sáv 15.45 eV-tól 18 eV-ig, (σ)2 elektronok ionizációja.
2H
Az éles csúcsok a rezgési finomszerkezetnek felelnek meg.