Orbitaly, VSEPR Rezonanční struktury, atomové a molekulové orbitaly, hybridizace, určování tvaru molekuly pomocí teorie VSEPR, úvod do symetrie molekul, dipólový moment Formální náboj ► Rozdíl mezi počtem valenčních elektronů ve volném atomu a valenčních elektronů ve vázaném atomu. ► Záporný náboj je umístěn na nejelektronegativnějším atomu. ► Součet formálních nábojů všech atomů v molekule je roven jejímu náboji. ► H30+: H: 0; O: 6-5=+l ► CH3+: H: 0; C: 4-3=1 Rezonanční struktury ► Popisují polohu elektronů v molekulách ► Vyjadřují jednotlivé limitní stavy. 0 0 o- ■8—o - o=$—o ô ô ■ Atomové orbitaly ■ ► Funkce popisující prostorové rozložení pravděpodobnosti výskytu elektronu. ► Orbitaly jsou popsány třemi kvantovými čísly. ► Hlavní kvantové číslo (n) - popisuje příslušnost orbitalu do elektronové slupky - velikost orbitalu. Nabývá hodnot větších než 0. ► Vedlejší kvantové číslo (I) - popisuje tvar orbitalu. Často se používá označení pomocí písmen: s, p, d, f, g, h, ... Nabývá hodnot v intervalu < 0, n — 1 >. ► Magnetické kvantové číslo (m) - popisuje prostorovou orientaci orbitalu. Nabývá hodnot v intervalu < —/; / >. ► Spinové kvantové číslo (s) - nepopisuje orbital, ale spin elektronu v orbitalu. Nabývá hodnot ±|. ► Nodální rovina - rovina, kde je pravděpodobnost výskytu elektronu nulová, vlnová funkce orbitalu mění při průchodu touto rovinou znaménko. www.chemguide.co.uk/atoms/properties/atomorbs.htHnti i >o^O 4/18 Atomové orbitaly ► Orbital s - kulově symetrický, magnetické číslo je vždy rovno 0. Tyto orbitaly mají n — 1 kulových nodálních ploch. ► Orbital p - středově symetrický tvar, skládající se ze dvou laloků. V místě spojení laloků je nodální plocha, kde vlnová funkce popisující orbital mění znaménko. Magnetické kvantové číslo pro orbital p nabývá hodnot: -1, 0, 1. ► Orbital d - existuje pět typů orbitalů d, tři meziosé, jejichž laloky leží mezi osami souřadného systému - dxy, dxz a dzy. Orbital dx2_y2 má čtyři laloky umístěné v osách x a y. Poslední orbital, dz2 má dva laloky umístěné v ose z a prstenec, ležící v rovině xy. y dx2y2 d.2 5/18 Atomové orbitaly ► Orbital f - existuje sedm degenerovaných orbitalů typu f. Tyto orbitaly jsou obsazovány elektrony až u vnitřně přechodných prvků. m = 0 m = +1 m = -1 m = +2 m = -2 m = +3 m = -3 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:F_orbital.png Autor: A2569875 6 Molekulové orbitaly ► Teorie LCAO-MO - Linear Combination of Atomic Orbitals -Molecular Orbital ► Molekulové orbitaly vznikají lineární kombinací atomových orbitalů ► Kombinací dvou AO vznikají dva MO - vazebný a protivazebný. Protivazebné orbitaly se označují hvězdičkou, např. a* ► Aby byl překryv úspěšný musí mít vlnové funkce orbitalů v místě překryvu stejná znaménka ► Protivazebný orbital má o jednu nodální plochu více než vazebný a pokud je obsazen elektronovým párem, snižuje řád vazby o jedna. Obsazený vazebný orbital naopak řád vazby zvyšuje. ► Vazba a - vzniká osovým překryvem orbitalů. ► Vazba tv - vzniká bočným překryvem orbitalů, je přítomna v násobných vazbách. ► Vazba ô - vzniká překryvem všech čtyř laloků d-orbitalu, je přítomna ve čtverné vazbě např. v [Re2CI8]2~. 1 Molecular Orbital Theory Rád vazby ► Řád vazby popisuje počet elektronových párů, které tvoří vazbu mezi atomy. ► Lze jej odvodit z Lewisovského vzorce molekuly nebo z diagramu MO. ► Řád vazby lze spočítat z počtu elektronů ve vazebných a protivazebných orbitalech. ^ /^\/ _ vazebné elektrony—protivazebne elektrony ► Neobsazené molekulové orbitaly neovlivňují ani řád vazby, ani energii systému. 8 Hybridizace ► Hybridizace atomových orbitalů — proces energetického míšení a směrového vyrovnání atomových orbitalů daného atomu ► Počet hybridních orbitalů odpovídá počtu míšených atomových orbitalů Hybridizace Geometrie molekuly sp lineární 2 sp rovnostranný trojúhelník sp° tetraedr dzspó oktaedr dsp2 čtverec dsp3 trigonální bipyramida čtvercová pyramida Valence Bond Theory and Hybrid Atomic Orbitals VSEPR ► Valence Shell Electron Pair Repulsion ► Tvar molekuly určíme na základě rozmístění elektronových párů v okolí centrálního atomu tak, aby jejich vzájemné odpuzování bylo co nejmenší. ► Tento model je vhodný převážně pro sloučeniny nepřechodných prvků. ► Uvažujeme pouze nevazebné elektronové páry - n a vazebné elektronové páry a. ► Základní pravidla VSEPRu 1. Elektronové páry centrálního atomu se v prostoru rozmístí tak, aby byly co nejdále od sebe a měly minimální energii. 2. Nevazebný elektronový pár odpuzuje ostatní elektronové páry nejvíce, odpuzování vazebných elektronových párů je slabší a klesá v pořadí trojná vazba > dvojná vazba > jednoduchá vazba. 3. Tvar molekuly je dán pouze polohou vazebných elektronových párů. teorie VSEPR 10 Pokud centrální atom (A) nese dva elektronové páry, je tvar molekuly vždy lineární. Pokud jsou oba vazebné (X), označujeme molekulu jako AX?, pokud je jeden nevazebný (E), označení je AXE._ AX2 Tvar: lineární; ZXAX = 180; Příklad: C02, BeF2 XAE Tvar: lineární; Z AXE = 180 11/18 12/18 Tvar: lomený; ZXAX < 120 Příklad: SO? AXE2 13/18 VSEPR Čtyři elektronové páry na centrálním atomu AX, x X Tvar: tetraedr ZX/AX = 109.5 Příklad: SO^~ AX3E X trigonální pyramida ZX/AX < 109.5 PhU AX2E2 \ X lomenný ZXAX « 109.5 SeBr2 AX, Tvar: trigonální bipyramida ZXAX = 90 a 120 Příklad: AsFc AX4E X X X houpačka ZXAX < 90 a < 120 SeH4 AX3E2 E E \/ X-A-X X tvar T ZXAX = 90 ICI, AX2E3 X E I X lineární ZXAX = 180 BrF-T 15/18 VSEPR Šest elektronových párů na centrálním atomu AX, X Tvar: oktaedr LXAX = 90 Příklad: SF* AX5E čtvercová pyramida ZX4X < 90 IFC AX4E2 X""íi^,t»»llX X X čtverec ZXAX = 90 XeF4 Symetrie molekul ► Operace symetrie - geometrická operace, jejímž provedením dostaneme objekt do polohy nerozlišitelné od výchozí. ► Prvek symetrie - body, jejichž poloha se v průběhu provádění operace symetrie nemění. ► U molekul existuje pět prvků symetrie. Operace symetrie Symbol Prvek symetrie Identita E Celý objekt Rotace Cn Rotační osa Zrcadlení a Rovina symetrie Inverze i Střed symetrie Nevlastní osa s„ Rotačně-reflexní osa Dipólový moment ► Vektor popisující rozložení elektrického náboje v molekule. ► Výsledný dipólmoment získáme vektorovým součtem dipólmomentů jednotlivých vazeb.