Treść książki
Przejdź do opcji czytnikaPrzejdź do nawigacjiPrzejdź do informacjiPrzejdź do stopki
32
ROZDZIAŁ1
PODSTAWY
.Wiązaniachemiczneibudowacząsteczek
RYS.1.12Wykresenergetycznycząsteczkiwodoru.
Kombinacjadwóchorbitaliatomowych,ψ1s,
dajedwaorbitalemolekularne,ψmoleciψ*molec.
Energiaψmolecjestniższaniżenergieoddzielonych
odsiebieorbitaliatomowych,anajniższy
energetycznieMOcząsteczkiwodoruzawiera
obaelektronyoprzeciwnymspinie
Energia
ψ1s
atomowy)
(orbital
cząsteczkowe
Orbitale
𝚫
E
ψ*molec
ψmolec
atomowy)
(wiążący)
(antywiążacy)
(orbital
ψ1s
Orbitalemolekularne,podobniejakorbitaleatomowe,odpowiadająposzczególnym
stanomenergetycznymelektronów.Napodstawieobliczeńwiadomo,żewzględnaenergia
elektronunaorbitaluwiążącymwcząsteczcewodorujestznacznieniższaniżjegoenergiana
orbitaluatomowym1swatomie.Obliczeniatepokazująrównież,żeenergiaelektronunaorbi-
taluantywiążącymjestznaczniewyższaniżjegoenergianaorbitaluatomowym1swatomie.
Schematenergiiorbitalimolekularnychcząsteczkiwodorupokazanonarys.1.12.Zauważ,
żeelektronysąumieszczanenaorbitalachmolekularnychwtakisamsposób,wjakiznaj-
dująsięnaorbitalachatomowych.Dwaelektrony(oprzeciwstawnychspinach)zajmują
wiążącyorbitalmolekularny,gdzieichcałkowitaenergiajestmniejszaniżwoddzielnych
orbitalachatomowych.Tenstanjest,jakpowiedzieliśmywcześniej,najniższymenergetycz-
niestanemelektronowymlubpodstawowymstanemcząsteczkiwodoru.Możesięzdarzyć,że
jakiśelektronbędziezajmowałantywiążącyorbitalmolekularny,conazywanejeststanem
wzbudzonymcząsteczki.Takistanpowstaje,gdycząsteczkaznajdującasięwstaniepod-
stawowym(rys.1.12)pochłonie(zaabsorbuje)fotonświatłaoodpowiedniejenergii(ΔE).
1.12STRUKTURAMETANUIETANU.HYBRYDYZACJAsp
3
Orbitalesipstosowanewopisiemechanikikwantowejatomuwęgla,opisanewrozdziale1.10,
zostałyopartenaobliczeniachdlaatomówwodoru.Teprosteorbitalesip,rozpatrywane
oddzielnie,niezapewniajązadowalającegomodeludlaczterowiązalnego–tetraedrycznego
atomuwęglawcząsteczcemetanu(CH
4).Jednakżesatysfakcjonującymodelstruktury
metanubazującynamechanicekwantowejmożnaotrzymaćzapomocąpodejściaonazwie
hybrydyzacjaorbitali.Hybrydyzacjaorbitali,wnajprostszychsłowach,tonicinnegojak
podejściematematyczne,którezakładałączenie(kombinację)poszczególnychfunkcji
falowychdlaorbitalisip,takabyuzyskaćfunkcjefalowenowychorbitali.Noweorbitale
mająwróżnymstopniuwłaściwościoryginalnychorbitalizktórychpowstały.Tenowe
orbitalenazywanesąatomowymiorbitalamizhybrydyzowanymi.
Zgodniezmechanikąkwantowąelektronowakonfiguracjaatomuwęglaopisującajego
najniższystanenergetyczny–zwanystanempodstawowym–jesttaka:
C
1s2s2px2py2pz
↿⇂
↿⇂
↿
↿
Stanpodstawowyatomuwęgla
Elektronywalencyjneatomuwęgla(tektóresąwykorzystanedotworzeniawiązań
chemicznych)sąelektronamizlokalizowanyminazewnętrznychpoziomach,czylisąto
elektrony2si2p.
1.12AStrukturametanu
Zhybrydyzowaneorbitaleatomowe,któresąodpowiedzialnezastrukturęmetanu,można
zbudowaćzorbitalisipdrugiejpowłokielektronowejatomuwęglawnastępującysposób
(rys.1.13):
•Funkcjefalowedlaorbitali2s,2p
x,2p
yi2pzatomuwęglawstaniepodstawowym
ulegająwymieszaniu,coprowadzidoutworzeniaczterechnowychirównoważnych
energetycznieorbitalizhybrydyzowanych2sp
3.
•Symbolsp
3oznacza,żezhybrydyzowanyorbitalmacharakterwjednejczęściorbitala
soraztrzechczęściorbitalap.
