Fizikai kémia 2. Előzmények. A Lewis-féle kötéselmélet A VB- és az MO-elmélet, a H 2+ molekulaion

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Fizikai kémia 2. Előzmények. A Lewis-féle kötéselmélet A VB- és az MO-elmélet, a H 2+ molekulaion"

Dezső Bodnár
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Fizikai kémia. 4. A VB- és az -elmélet, a H + molekulaion Dr. Berkesi ttó ZTE Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszéke 05 Előzmények Az atomok szerkezetének kvantummehanikai leírása as évek A kémikusok akkori képe a kémiai kötésről: Lewis-féle elmélet, amelyet Önök sav-bázis elméletként ismernek A Lewis-féle kötéselmélet H..Cl H:Cl

2 A Lewis-féle kötéselmélet H 3 N: H + H H N H H + A Lewis-féle kötéselmélet C C C rezonania alakok C - A VB-elmélet A H molekulára elvégzett számítások azt mutatták, hogy az az állapot, amikor a két elektron párosított spinű állapotban van, a molekula stabil, ha párhuzamos spinűek, akkor viszont szétesik. Fermionok!!! VB Valene Bond Vegyértékkötés-elmélet: a kémiai kötést az ellentétes spinnel párosított elektronok hozzák létre.

3 A molekulák alakja Kötés abba az irányba alakul ki, amelyik irányba atomi pályák mutatnak! Következmény: pl. a víz és az ammónia 90 -os kötésszögű lenne a kísérletek mást mutatnak! Miért lineáris a C, miért tetraéderes a CH 4? Vegyértékelektronok taszításának elmélete (VEPR): A központi atom körüli elektronpárok taszítják egymást és a lehető legmesszebb kerülnek egymástól. A hibridpályák - sp, sp, sp 3 stb. - konstruálásával létre lehetett hozni a megfelelő irányba mutató pályákat. Az alak már jó, de a szög értéke nem mindig helyes! Kiegészítő feltételezés: A nem kötő elektronpárok erősebben taszítanak mint a kötők nagyobb a térigényük! A VB-elmélet Megállapítható tehát, hogy a VB-elmélet önállóan nem tudja a molekulák alakját megjósolni, sak kiegészítő elméletekkel kvalitatívan magyarázni. A pontos számításokhoz, a szerkezet ismeretében különböző határszerkezeteket lehet és kell felírni. Hiányosságai miatt az ötvenes évek végére átadja a helyét a fizikusok elképzelésére alapuló elméletnek, amelynek az alapjaival ismerkedünk meg! Az -elmélet Moleular rbital Theory Molekulapálya-elmélet Az alapja az a feltételezés, hogy a molekulák elektronszerkezetének leírása nem alapulhat más törvényszerűségeken, mint amiket az atomok szerkezetének a leírásánál felhasználtak. 3

4 Az -elmélet Az atomi pályán lévő elektron állapotát a megfelelő A -hullámfüggvénnyel írjuk le, amelyet az határoz meg, hogy milyen töltésű mag erőterében helyezkedik el az elektron, azaz a mag erőtere hozza azt létre! A molekulapályán lévő elektron állapotát a megfelelő -hullámfüggvénnyel írjuk le, amelyet az határoz meg, hogy a molekulát alkotó magok milyen eredő erőteret hoznak létre. Az -elmélet Az elektronok atomi pályákra történő beépülésére vonatkozó törvényszerűségek: Pauli-féle kizárási elv Felépülési elv Hund-féle maximális multipliitás elve Az elektronok molekulapályákra történő beépülésére vonatkozó törvényszerűségek: Pauli-féle kizárási elv Felépülési elv Hund-féle maximális multipliitás elve Az -elmélet Az atomok azért jönnek létre, mert az elektronok az atomi pályákon alasonyabb energiájú állapotban vannak, mint amikor a magtól végtelen meszszire találhatók, azaz ninsen a mag és köztük kölsönhatás. Az molekulák azért jönnek létre, mert az elektronok a molekula pályákon alasonyabb energiájú állapotban vannak, mint amikor atomi pályákon helyezkednek el, az adott magkonfiguráió mellett. 4

5 Az -elmélet A kémiai kötés tehát abból származtatható, hogy az egyensúlyi magkonfiguráió esetén kialakuló molekulapályákra lépő elektronok összes energiája sökken az atomi pályán lévő elektronok összes energiájához képest! A H + molekulaion r r R m V E e V 4 0 r r R A H + molekulaion r r R = konstans és a V p-p is konstans m v p p mp ve meve 836 m v e p ve 43 v p 5

6 A H + molekulaion ψ =? R (A) ψ hasonlít az ψ A -khoz ahol az e - sak az egyik mag erőterében van, ezért jó közelítés, ha azok lineáris kombináiójaként állítjuk elő, azaz ψ = ψ + ψ (A) ahol és valós számok. A H + molekulaion Ĥ dτ E dτ E Ĥ - Ĥ dτ dτ ψ = ψ + ψ (A) ahol és megkötés nélküli valós számok E ( ( A számláló Ĥ A H + molekulaion ( ( Ĥ Ĥ Ĥ (A) Ĥ (A) (A) (A) ) H( ) ( ) (A) ) ( Ĥ = (A) Ĥ ( Ĥ (A) (A) Ĥ ) (A) d (A) ) d Ĥ Ĥ Ĥ (A) Ĥ d ) d (A) ) d d 6

7 E H ( A H + molekulaion d H ) ( d (A) H d (A) ) d A nevező ( (A) (A) ) = (A) (A) (A) ( d (A) ) d d E H A H + molekulaion d d H d d H d d i i d Az atomi pályák normáltsága miatt E H d H d d H d A H + molekulaion E i i H i d 0 Coulomb-integrál, az atomi pálya energiája i j d 0 ij H H d 0ésközti ij i j d H d d Rezonania integrál, az A átmenettel kapsolatos energiatag H Átfedési integrál, tartózkodási valószínűség változása a két mag között d 7

8 A H + molekulaion E mivel mindkettő a Hs pályája, ezért α = α = α E Nem lehet poláros, azaz az e - tartózkodási valószínűsége azonos a két mag körül, tehát dτ = dτ is igaz, amiből következik, hogy dτ = dτ és = β = β és = A H + molekulaion E Az egyik eset, ha = =. + erősítő interferenia A H + molekulaion E A másik eset, ha = - =. - + gyengítő interferenia somósík

9 A H + molekulaion E 0 és E lehet kisebb, nagyobb és egyenlő 0 - val! - e Vp p 4π R 0 A H + molekulaion E/eV -5-0 D e R e R/pm Mag-mag taszítás/ev E-/eV E+/eV Teljes E/eV Mag-mag/eV E/eV -7,36-3,49 A H + molekulaion D e = 5, ev - V p-p =,8 ev -5,eV =0,707-8,60 9

10 VB versus A H + molekulaion kozmikus sugarak hatására létrejön a természetben is, és plazmakisüléssel elő is állítható, tehát a számítás eredménye helyes! A kémiai kötés kialakításához nins szükség párosított spínű elektronpárokra! ez sak a VB-elmélet ma már egyértelműen bizarr fizikai feltételezése, mert az elektronok taszítják egymást és a maximális multipliitású spinállapot az alasonyabb energiájú a párosítotthoz képest! értelmezési hiba! Ajánlott irodalom P.W. Atkins, Fizikai Kémia II. zerkezet, Nemzeti Tankönyvkiadó, Bp., 00, , old. illetve Veszprémi Tamás, Fehér Miklós, A kvantumkémia alapjai, MK, Bp., 00. A H + molekulaion Ĥ Ĥ Ĥ Ĥ E dτ E dτ E E dτ dτ 0

Hasonló dokumentumok

A kovalens kötés elmélete. Kovalens kötésű molekulák geometriája. Molekula geometria. Vegyértékelektronpár taszítási elmélet (VSEPR)

A kovalens kötés elmélete. Kovalens kötésű molekulák geometriája. Molekula geometria. Vegyértékelektronpár taszítási elmélet (VSEPR) 4. előadás A kovalens kötés elmélete Vegyértékelektronpár taszítási elmélet (VSEPR) az atomok kötő és nemkötő elektronpárjai úgy helyezkednek el a térben, hogy egymástól minél távolabb legyenek A központi