A kémiai kötés magasabb szinten 13-1 Mit kell tudnia a kötéselméletnek? 13- Vegyérték kötés elmélet 13-3 Atompályák hibridizációja 13-4 Többszörös kovalens kötések 13-5 Molekulapálya elmélet 13-6 Delokalizált elektronok: benzol 13-7 Kötés fémekben Fókusz: fotoelektron spektroszkópia Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 1 /69
13-1 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 /69
Potenciális energia diagram (H molekula) Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 3 /69
13- 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 4 /69
H S kötés Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 5 /69
Példa 13-1 Írjuk le a, PH 3 -at vegyérték-kötés módszerrel.. Azonosítsuk a vegyérték elektronokat: Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 6 /69
Példa 13-1 Vázoljuk a pályákat: Hozzuk átfedésbe a pályákat: Írjuk le az alakot: Trigonális piramis Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 7 /69
13-3 Atompályák Hibridizációja Alapállapot Gerjesztett állapot Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 8 /69
sp 3 Hibridizáció Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 9 /69
sp 3 Hibridizáció Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 10 /69
A metán sp 3 hibrid pályái Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 11 /69 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 4 3 1 z y x z y x z y x z y x p p p s h p p p s h p p p s h p p p s h Kockába ágyazott Tetraéder csúcsainak Koordinátái: x y z 1 1 1 1-1 -1-1 1-1 -1-1 1
A kötés a metánban Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 1 /69
sp 3 Hibridizáció Nitrogénben Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 13 /69
A ammónia kötései Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 14 /69
sp Hibridizáció Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 15 /69
Bór pályái Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 16 /69
sp Hibridizáció Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 17 /69
Berillium pályái Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 18 /69
sp 3 d és sp 3 d Hibridizáció Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 19 /69
Hybrid pályák ésvsepr Lewis szerkezet. VSEPR az elektrongeometria meghatározása. Válasszuk ki a megfelelő hibridizációt. Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 0 /69
13-4 Többszörös kovalens kötések Etilén Lewis szerkezeti képletében kettős kötés van. VSEPR: trigonális planaris a szén atomon. Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 1 /69
Etilén Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide /69
Kettős kötés: Etilén sp hybridizált C atom alakja. Emlékezzünk rá, hogy minden pályára egy elektron jut. egy sp hibrid felülnézetben
Etilén A nem hibridizálódó p pálya merőleges az sp pályák síkjára. Az sp hibrid oldalnézete p pályával.
Etilén A két sp hibrid C atom + p pályák egysülnek C=C kettős kötés képződik.
Etilén A szemből átfedő sp hibrid pályákból s kötés képződik.
Kettős kötés A kettős kötés másik része az oldal irányból átlapoló p pályákból keletkező p kötés.
Etilén Kettős kötés = 1 szigma + 1 pi kötés....
Acetilén Acetilén, C H, hármas kötés. VSEPR: lineáris. Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 9 /69
Hármas kötés Az acetilén, C H, a legegyszerűbb hármas kötést tartalmazó szerves vegyület (hármas kötés van a szervetlen nitrogén molekulában is).
Hármas kötés Lewis Formula Két irány van szén atomonként, sp hibridizáció: két p pálya marad atomi szinten szénatomonként.
Acetilén Egy s kötés keletkezik az sp hibridek szemből történő átfedéséből.
Hármas kötés Az atomi szinten maradó p pályákon lévő elektronok p kötéseket képeznek. A hármas kötés: egy s és kettő p kötés.
Hármas kötés A végeredmény ilyen lesz: H Lineáris! H H C H
13-5 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: Ψ 1 = φ 1 + φ Ψ = φ 1 - φ MO AO-k Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 35 /69
AO-k kombinálása Összeadás Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 36 /69
A hidrogén molekulapályái Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 37 /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 38 /69
Kötésrend Stabil molekulákban több elektron van a kötőpályákon mint a lazító-pályákon. Bond Order = N e- kötő MO-kon - N e- lazító MO-kon Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 39 /69
Az első periódus kétatomos molekulái BO = (e - kötő - e - lazító )/ BO = (1-0)/ = ½ H + BO = (-0)/ = 1 H BO He + = (-1)/ = ½ BO = (-)/ = 0 He Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 40 /69
Kötésrend - kötéstávolság H -tipusú molekulák: Molekula e-konfiguráció Kötésrend kötéstávolság H + 1s 1 ½ 106 pm H, He + 1s 1 74, ~75 H, He + 1s 1s* 1 ½ ~106, 108 H, He 1s 1s* 0 nem kovalens 5. old, 18. ábra Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 41 /69
A második periódus kétatomos molekulái Első periódus:1s pálya. Második periódus s és p pályák. p pálya átfedés: Szemből, a legerősebb szigma kötés (σ). Oldalról, ez gyengébb pi kötés (π). Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 4 /69
A második periódus molekulapályái Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 43 /69
P pályák kombinációja Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 44 /69
AO-MO energia diagram (Z 8) Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 45 /69
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 46 /69 AO-MO energia diagram (Z 7 ) Z=6: C 4 * * 1 1 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( p u s u s g s u s g p s s s s
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 47 /69 Kötésrend és mágnesesség (Z 7) 4 * * ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 ( ) 1 ( p p s s s s g u u g u g s p s s s s N
N + N + * * 4 ( s g1s) ( s u1s) ( s g s) ( s u s) ( pu p) ( s g p ) 1 Paramágneses A kötésrend =,5 N höz képest: Kötéstávolság megnyúlik, a kötés meggyengül, A disszociációs energia csökken 55.Oldal 130. ábra Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 48 /69
Kötésrend és mágnesesség (Z 8) Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 49 /69
O + Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 50 /69 1 * 4 * * ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 ( ) 1 ( p p p s s s s g u g u g u g p p s s s s s Paramágneses A kötésrend =,5 O höz képest: Kötéstávolság megrövidül, a kötés megerősödik, A disszociációs energia nő 55.Oldal 130. ábra
Energia diagram eltérő atomok esetén Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 51 /69
13-6 Delokalizált elektronok Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 5 /69
Benzol Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 53 /69
Benzol Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 54 /69
Benzol MO-k és energiák Lazító p pályák 6 e - Delokalizált p kötő pályák Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 55 /69
Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 56 /69
A töltés eloszlása a p rendszerben Szimmetrikus elektrosztatikus potenciál felület. A piros jelenti a negatív a kék a pozitív Töltések dominanciáját Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 57 /69
Bórazin 6 elektronos delokalizált p rendszer Egyenetlen töltéseloszlás a benzolnál kevésbé stabil Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 58 /69
Piridin 6 elektronos delokalizáció _ Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 59 /69
4 elektronos delokalizáció Butadién Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 60 /69
Ózon Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 61 /69
CO 3 - Hipotetikus rezonancia szerkezetek Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 6 /69
CO 3-6 e A valódi 6 elektronos delokalizált szerkezet Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 63 /69
13-7 Kötés fémekben Elektrongáz modell Atom törzsek e - gázban Fémes fény. Alakíthatóság. Force applied Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 64 /69
Fémes kötés Sávelmélet. Az MO elmélet kiterjesztése. N atom N pálya közeli energiák N/ betöltve. A vegyérték sáv. N/ üres. A vezető sáv. Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 65 /69
Sávelmélet vezető sáv vegyérték s. Félvezető Szigetelő Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 66 /69
Félvezetők (pl. Si) P Al Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 67 /69
Napelemek Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 68 /69
Napelem részletek Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 69 /69
Napelemek hatásfoka Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 70 /69
Fókusz UPS Fotoelektron spektroszkópia Az ionizáció: M + h = M + + e - Koopman tétel: Az ionizáció (I) energiája Megfeleltethető a pályák energiájának: h 1 m e v e I Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 71 /69
H atom és H molekula H + h H + + e - Egyetlen sáv: az 1s 1 elektron ionizációs energiája 13.6 ev = 131 kj/mol H Az éles csúcsok a rezgési finomszerkezetnek felelnek meg. Egy sáv 15.45 ev-tól 18 ev-ig, (σ) elektronok ionizációja. Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 7 /69
A N és CO ionizációja p p s s Általános Kémia, Kötés szerkezet Slide 73 /69