JS2017 Přírodovědecká fakulta MU - Ústav chemie str. 1/5 Seminární cvičení č. 2 C3150 Základy fyzikální chemie - seminář Úkol č. 2.1 Do souřadného systému znázorněte izoplochy příslušející atomovým orbitalům s, p, a d. Jaká je degenerace těchto orbitalů, nejsou-li ve vázaném stavu? y z Řešení: Orbital s - nedegenerovaný, orbital p - 3 x degenerovaný, orbital d-5 x degenerovaný Úkol č. 2.2 Atomové orbitaly (AO) se překrývají za vzniku orbitalů molekulových (MO). Tento přístup je Ze dvou AO typu í vzniknou dva MO typu a, přičemž kladný překryv (souhlasné znaménko) indikuje vazebnost tohoto orbitalů, je-li zaplněn elektrony. Zde je pravděpodobnost výskytu elektronů nejvyšší. V případě záporného překryvu (nesouhlasná znaménka) se jedná o proti vazebnost, vzniká tzv. uzlová rovina a takový orbital značíme c*. Zde je pravděpodobnost výskytu elektronů nižší. Symetrickými nálepkami se potom myslí konkrétní značení MO po provedení operace zrcadlení vůči středu symetrie. Nezmění-li vlnová funkce znaménko, přidáváme index g (z něm. „gerade"=přímo, sudý). Pokud se znaménko změní, přidáváme index u (z něm. „ungerade'—nepŕímo, lichý). Proč zde nejsou symetrické nálepky g a u? Jednoduše proto, že chybí střed symetrie © označován jako MO-LCAO. a) Řešení: oo Cg Cli b) Řešení: JS2017 Přírodovědecká fakulta MU - Ústav chemie Seminární cvičení č. 2 C3150 Základy fyzikální chemie - seminář c) Řešení: str. 2/5 d) Řešení: °g TTu Ukol č. 2.3 Určete, v jakém případě se jedná o kladný (S>0), záporný (S<0), případně nulový překryv (S=0). S>0 (vaz.) S<0 (protivaz.) S=0 Ukol č. 2.4 a) Načrtněte interakční diagram MO pro molekulu H2. Jaké MO vzniknou a jaký bude jejich počet? Doplňte příslušný počet elektronů, napište elektronovou konfiguraci, vypočtěte řád vazby. EA 11 H - H II 11T "T 00 -o JS2017 Přírodovědecká fakulta MU - Ústav chemie str. 3/5 Seminární cvičení č. 2 C3150 Základy fyzikální chemie - seminář E A y w y © 0 Hj Eond 0.5 i o.5 Orcter Řešení: Ze dvou AO vzniknou dva MO. Elektronová konfigurace pro molekulu vodíku je (log)2, pro katión (lo-g)1 a pro anion (log)2(lau*)'. Řád vazby se vypočítá jako Vi (počet vazebných e" -počet protivazebných e"). Vazebná délka se v případě kationtu prodlouží, protože klesl řád vazby, vazba je tedy méně pevná a je třeba méně energie pro její disociaci. V případě aniontu je tomu úplně stejně, neboť se řád vazby také snížil, b) S využitím předchozího úkolu a) vytvořte z molekuly kation H2+ a anion H2". Zapište příslušné elektronové konfigurace a vypočtěte řády vazby. Jak se budou měnit vazebné délky a disociační energie? (řešeníje uvedeno výše) Úkol č. 2.5 (domácí) Obdobně interpretujte případ molekuly He2+. (Řešení obdobně jako pro vodík) Úkol č. 2.6 Načrtněte interakční diagram MO pro molekulu O2. Vyznačte hraniční orbitaly (HOMO/LUMO). Vypočtěte spinovou multiplicitu. Jak se budou měnit elektronové konfigurace, řády vazeb, vazebné délky a disociační energie, vytvoříme-li postupně 02+,02~? Molekula O2 oplývá jednou krásnou vlastností (týkající se magnetismu). Kterou? Spinová multiplicita: M = 2S + 1 = 2x1+1 =3 jedná se o triplet. Molekula je paramagnetická. Elektronová konfigurace základního stavu: (loír)2(lou,!)2(2oí.)2(2ou!*)2(3og)2(ln:u)4(ljtg,t)1(ljtBy)' Řešení: http://is.muni.cz/do/1499/el/estud/prif/jsQ9/molekuly/web/02/02.html (Pozn. Interakční diagram je kvalitativně shodný s F2 a Nei+) Úkol č. 2.7 Na obrázku je znázorněn interakční diagram MO pro molekulu C2. Doplňte symetrické nálepky a počet elektronů. Vyznačte hraniční orbitaly (HOMO/LUMO). Lze očekávat větší prodloužení vazby v případě excitace z HOMO do LUMO, nebo z HOMO ještě o hladinu výš? Řešení: http://is.muni.cz/do/1499/el/estud/prif/js09/molekuly/web/C2/C2.html (Pozn. Interakční diagram je kvalitativně shodný s LÍ2 a N2) JS2017 Přírodovědecká fakulta MU - Ústav chemie str. 4/5 Seminární cvičení č. 2 C3150 Základy fyzikální chemie - seminář (T* . ~2p .. ~ fy ~ r 2s 2Š Větší prodloužení lze očekávat pro excitaci z HOMO do hladiny vyšší, než je hladina LUMO. Úkol č. 2.8 Na obrázku je znázorněn interakční diagram MO pro molekulu NO. Doplňte elektrony. Vysvětlete, proč je tato molekula v základním stavu radikál? Vypočtěte spinovou multiplicitu. Jak se změní vazebná délka a disociační energie, vytvoříme-li katión a anion? Nitrogen Oxygen ortMtals Molecular orbitals orb