C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul 2. Struktura molekul o H2N-CH—C-OH CH2 C^=0 NH2 2,4-diamino-4-oxobutanoic acid (asparagin) bicy clo [2.2.1] heptane C6Hi206 (25',3»S',47?,55')-6-(hydroxymethyl)-tetrahydro-2//-pyran- 2,3,4,5-tetraol Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/1/24 C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul násobné vazby? účast d-elektronů? „aromatická"? Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/2/24 C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul O HoN-CH—C-OH asparagin CH; C^O NHc 2,4-diamino-4-oxobutanoic acid C4H8N203 17 jader 70 elektronů Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/3/24 C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul The Molecule of the Month http://www.ehm.bris.ac.uk/motm ^^^^^^^ ^^^^^^^ Molekulové orbitaly homonukleárnich diatomických molekul prvků druhé periody https://is.muni.cz/auth/elportal/?fakulta=1431;obdobi=4663;kod=C4660;nbloku=SEM_01;nbloku=SUMA;id=845813 Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/5/24 C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul AIM - Atoms In Molecules 2005 Parr J.Phys.Chem. „AIM je užitečný koncept, ale nelze ho experimentálně prověřit.. 2009/X CAS: přes 50 milionů substancí a přes 61 milionů sekvencí JADRA ... (geo)metrická struktura - Born-Oppenheimer souřadnice jader jsou parametry ve stacionární Schrodingerově rovnici —» PES souřadnice x,y,z I Z-matice ELEKTRONY ... W\ elektronová hustota - DF ELEKTROMAGNETICKÉ POLE + PAULIHO PRINCIP izoméry, „vazbyu\ topologie, Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/6/24 C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/9/24 C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/10/24 C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul popis geometrie molekuly pomocí Z-matice (vnitřní souřadnice) polohu jádra D lze určit pomocí tří předcházejících jader CT B a A zadáním vzdáleností od CD, vazebného úhlu BCD a torzního úhlu ABCD íl g (0; 180) ^e<0;±360) Brno, MU, 2015 C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul Celková energie molekuly ' ~ £vib+ £rot+ ^trans • základní stav • energie nulového bodu • spojitá změna translační energie • Bosého kondenzace • nerigidní molekuly Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/12/24 C4660 Základy fyzikálni chémie - 2. Štruktúra molekúl Elektronová štruktúra molekúl počet elektronů ... náboj spin elektronů ... multiplicita 2S + 1 • singlet - drtivá většina molekul v základním stavu • dublet - radikály • triplet - excitované stavy molekul • kvartet, kvintet...(sloučeniny d-elementů) Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/13/24 C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul orbitaly (MO LCAO) východisko ke kvantitativnímu popisu (víceelektronové funkce) kvalitativní teorie (interakce orbitalů, překryv) orbitaly: vazebné - antivazebné (energie) obsazené - neobsazené (2;1;0) hraniční (FO) - dominantní úloha (struktura i reaktivita) • HOMO - donorní vlastnosti • LUMO - akceptorní vlastnosti • SOMO (nepárový elektron) př.: tvar molekuly určuje maximální separace HOMO a LUMO Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/14/24 C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul Hyperplocha potenciální energie - PES • počet vnitřních souřadnic molekuly: 3N - 6 nebo 3N - 5 pro lineární molekuly • souřadnice jader jsou parametry řešení Schródingerovy rovnice E = E(Q19Q29Q39...Q.9...Q3N^) • každý elektronický stav má svou PES • součet potenciální energie jader a celkové energie elektronů (potenciální + kinetická) představuje efektivní potenciál, v němž se pohybují jádra - proto PES Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/15/24 C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul STACIONÁRNÍ BODY — = 0 pro všechna i d2E • lokální maxima („špice") jsou chemicky nezajímavá —-< 0 • lokální minima ... stabilní seskupení jader (molekula, izomer) d2E 2 >0 sedlové body prvního řádu ... tranzitní stavy reakcí —- > 0 pro 3N - 7 souřadnic a —— < 0 d& r.k. - reakční koordináta popisuje mechanismus energetické nároky (bariéra) určují rychlost reakce Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/16/24 Sedlo C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul TAK (11. téma) Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/17/24 C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul Symetrie molekul prvky & operace symetrie prvek operace sym bol počet operací poznám ka identita neudělat nic E 1 obdoba násobení jedničkou vlastní osa otočení r n n je četnost osy; otáčíme o úhel 2ti/n nevlastní osa otočení a 1 zrcadlení n nebo 2 n ftjako u Cn\ zrcadlíme v rovině kolmé na osu rovina zrcadlení v rovině a 1 = S] střed symetrie zrcadlení ve středu i 1 =s2 Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/18/24 C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul bodová symetrie (fixní bod při operacích) všechny operace symetrie tvoří grupu symetrie ... př.: H20 - C2v stejnou symetrii má: H geometrie, spektroskopie, elektronová struktura (klasifikace MO a jejich interakcí), reaktivita (zachování orbitalové symetrie) Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/19/24 C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul rovina symetrie T T V y \ y v. S I I I ^ \ / \ / X» 1 l T í V X \ / \ y% I I I \ / \ / \, 1 V I Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/21/24 C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul rotačně reflexní osa C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul Mezimolekulové interakce projev elektromagnetického pole „van der Waalsovy síly" Interagující molekuly potenciální energie interakce a odpovídající síla <--x- > repulze atrakce Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/23/24 C4660 Základy fyzikální chemie - 2. Struktura molekul Závislost síly a energie mezimolekulových interakcí na vzdálenosti r a typické hodnoty interakční energie E interakce síla energie EDI kJ mol"1 ion - ion ion - dipól ion - (indukovaný dipól) dipól - dipól dipól - (indukovaný dipól) disperze repulze -2 r -1 r -700 r~3 -2 r -70 r-5 -4 r -70 r'1 r"6 -15 r'1 r"6 -1 r~7 r"6 -50 r~13 -12 r Pavel Kubáček, Brno, MU, 2015 02/24/24