Химическая связь и строение молекул

Химическая связь

Потенциальная кривая

Атомная орбиталь
Одноцентровая волновая функция описывающая состояние электрона в атоме и зависящая от трех квантовых чисел
ψ(r, ϑ, ϕ) =f(n,l,m)
АО = nlm

Спин – орбиталь электрона.
χI = ϕ(r, ϑ, ϕ)* σ (i)= f(n,l,m,ms)
σ (↑) ms = +1/2 а.е.
σ (↓) ms = -1/2 а.е.
Пример
χ1 = 1so* σ (↑) ≡ 1so(1)
В общем случае χ1 ≡ ϕ(1)

Полная волновая функция атома и молекулы.
Состояние системы содержащей несколько электронов описывается полной волновой функцией, учитывающей квантовые состояния для всех электронов, т.е. совокуп-ностью спин-орбиталей χI .
χат = П χI ; χмол = П χI

Метод валентных схем (МВС)
Рассмотрим молекулу Н2, которую построим из двух АО атомов Н.
AO для Н1 – 1s0 и χ1 = 1s0,a*σ(1)= 1s0,a(1)= ϕH,a (1)
для Н2 – 1s0 и χ2 = 1s0,b *σ(2)= 1s0,b(2) = ϕH,b (2)

Метод молекулярных орбиталей (ММО)

Метод молекулярных орбиталей

Ионная связь

МВС
Связь образуется между атомами, имеющими неспаренные электроны с антипараллельными спинами.
Образование химической связи обусловлено повышенной электронной плотностью между ядрами. Возникает ковалентная двухэлектрон-ная двухцентровая связь, которую наглядно можно изобразить в виде черточки валентности Н-Н.
Прочность химической связи в большой степени определяется перекрыванием электронных облаков взаимодействующих атомов, или АО.

Метод валентных схем (МВС)

Гипервалентность и гибридизация ОА

Донорно-акцепторное взаимодействие

Метод молекулярных орбиталей
H = Te1 +Te2 +ΣΣUaei + Ue1e2 + Uab
H = -1/2∇2е1-1/2∇2е2 - ΣΣZa/ri + 1/r12 + Z2/R в а.е.

Точное решение уравнения Шредингера
Точное решение уравнения Шредингера для многоэлектронной молекулы решить невозможно
Причина:
Потенциальная энергия взаимо-действия между электронами е1 и е2
Ueiej = ΣΣ1/rij

Решение для Н2+
H = -1/2∇2е1- (Za/r1 + Zb/r2 ) +Z2/R (в а.е.)
Общий подход к решению молекулярных структур
ΨМ = R(r)Θ(ϑ)Φ(ϕ) = Z(ξ)H(η)Φ(ϕ) = f(n,l,λ)
Сферические Цилиндрические
координаты коoрдинаты
ĤΨМ(r, ϑ,ϕ) = E ΨМ(r, ϑ,ϕ)

Цилиндрические координаты
ξ = (ra + rb )/RAB 1 ≤ ξ ≤∝ (зета)
η = (ra - rb )/RAB -1 ≤ η ≤+1 (эта)

Анализ решения
Для молекулы квантовые числа n и l не имеют физического смысла и не постоянные.
Квантовое число λ является решением Φ(ϕ) = Аexp(iλϕ) и называется осевым квантовым числом |λ| = 0, 1, 2, 3

Обозначение МО для двухатом-ных молекул
|λ| 0 1 2 3
МО σ π δ ϕ
МО = NλΩ
где N – номер МО по мере возрастания энергии.
Ω - индекс указывающий симметрию относительно операции инверсии î. Возможны два случая:
îϕ = +1*ϕ ( g – четная) или
îϕ = -1*ϕ (u – нечетная) функция

Осевое квантовое число λ
Квантовое число λ в молекуле может быть сопоставлено с кв.числом m в атоме, если расположить молекулу по оси Z и рассмотреть проекцию на плоскость XY
îϕ = +1*ϕ