POLYATOMÆRE MOLEKYLER

Presentasjon om: "POLYATOMÆRE MOLEKYLER"— Utskrift av presentasjonen:

1 POLYATOMÆRE MOLEKYLER
MOLEKYLÆR GEOMETRI & SYMMETRI MO-TEORI FOR POLYATOMÆRE MOLEKYLER CH 3 & 4

2 MOLEKYLÆR GEOMETRI Molekylets geometri er def av disse parametere
Bindingsavstand Bindingsvinkel Dihedralvinkel Molekylers form kan summeres som på neste bilde

3 MOLEKYLÆRE STRUKTURER
LINEÆR Vinklet Pyramidal Trigonal Tetraedisk Plankvadratisk Kvadratisk pyramidal Trigonal bipyramidal Oktaedrisk

4 VSEPR Modell for å bestemme molekylenes utseende
Struktur bestemmes av repulsjon mellom elektronpar Alle par teller Dobbeltbinding er et par

5 Følgende strukturer er mulige
To par Lineært Tre par - Trigonalt Fire par - Tetraedrisk Fem par - Trigoonalt bipyramidalt Seks par - Oktaedrisk

6 Advarsler Nærliggende strukturer kan ha nesten samme energi
Resultatet vil være et avvik Steriokjemiske inerte par Modifikasjon av basisstruktur Lone pair-lone pair Lone pair-bond pair Bond pair-bond pait

7 Gruppeteori - Symmetriteori
Gruppeteori er den matematiske formalisme som beskriver dette fenomenet Symmetri er viktig i naturen Symmetri kan beskrives ved symmetri-elementer

8 SYMMETRIELEMENTER Identiteten E n-tallig rotasjonsakse Cn
Speilplan sv sh Inversjonssenter i Improper rotasjonsakse Sn

9 PUNKTGRUPPER En samling symmetrielementer danner en PUNKTGRUPPE
Elementene må forholde seg til hverandre etter reglene for grupper Molekyler som har alle symmetrielementene sier vi tilhører den gruppa som elementene definerer

10 GRUPPETEORI Gruppa må ha definert en operasjon
Gruppa skal inneholde et enhetselement, E, slik at hvis R er medlem av gruppa så er RE=ER=R Hvis R & G er elementer i gruppa skal også RG og GR være elementer i gruppa Hvert element skal ha en invers R-1 slik at R R-1 = R-1 R = E

11 VANNMOLEKYLET x O sv(yz) C2 sv(xz) H H z Symmetrielementer for vann:
E, C2, sv(xz), sv(yz) Danner disse elementene en gruppe??

12

13 BESTEMMELSE AV PUNKTGRUPPE

14 BESTEMMELSE AV PUNKTGRUPPE

15 x H2O2 z E C2 sv (zx) sv (zy)

16 Bestemmelse av punktgruppe for H2O2 E, C2, sv (zx), sv (zy) [C2v]

17 N2O4 x z E 3C2 (X, Y, Z) sh (zx) sv (zy) sv (xy)

18 Bestemmelse av punktgruppe for N2O4 E, 3C2(X,Y,Z), sv (zx), sv (zy), sv (xy) [D2h]

19 BF3 B E C3 3C2 3 sv sh S3

20 Bestemmelse av punktgruppe for BF3 E, C3, 3C2 , 3sv, sh, S3, [D3h]

21 POLARE MOLEKYLER Et molekyl kan ikke være polart hvis det har et inversjonssenter. Et molekyl kan ikke ha en dipol vinkelrett på et symmetriplan Et molekyl kan ikke ha en elektrisk dipol vinkelrett på en rotasjonsakse

22 POLARE MOLEKYLER Et molekyl kan ikke være polart hvis det tilhørere en av disse gruppene
Hvilken som helst gruppe som innkluderer et inversjonssenter. Alle D-gruppene De kubiske gruppene (T,O), de icosahedrale (I) og deres modifikasjoner

23 Kirale molekyler Et kiralt molekyl kan ikke bli likt sitt speilbilde
En hånd er kiral Kirale molekyler er optisk aktive som betyr at de roterer polarisert lys sitt plan Kirale molekyler er viktige i assymmetriske synteser, L-dopa etc

24 Kirale molekyler Et kiralt molekyl kan ikke en improper akse Sn
Det betyr at molekyler som tilhører Dnh,Dnd og de kubiske gruppene T og O.

25 KIRALE MOLEKYLER

26 KARAKTERTABELLER Hvert symmetrielement representerer en SYMMETRIOPERASJON Operasjonene opererer på bølgefunksjoner Hvis bølgefunksjonene opererer over i hverandere sier vi de er SYMMETRIFUNKSJONER OPERASJONENE kan representeres ved MATRISER Matrisene er en homomorf representasjon av gruppa

27 KARAKTERTABELLER Matrisas “trace”, summen av diagonalelementene er operasjonenes karakterer Symmetrifunksjonene er basis for matrisene som de opererer på Ved en-dimensjonale representasjoner vil symmetrifunksjonene kun skifte eller beholde fortegnet, de har enten karakteren 1 eller -1 Karakterene for en gruppe er ordnet i karaktertabeller

28 VANNMOLEKYLET x O sv(yz) C2 sv(xz) H H z Symmetrielementer for vann:
E, C2, sv(xz), sv(yz)

29 KARAKTERTABELLEN FOR VANN

30 VANN Symmetriorbitaler
x O Ha Hb z

31 MOLEKYLORBITALER Molekylorbitaler, (Moer),kan dannes som en lineærkombinasjon av basisfunksjoner En kan bare lineærkombinere symmetrifunksjoner av samme symmetri Symmetrifunksjonene bør ha tilnærmet samme energi for å bli lineærkombinert

32 VANN Molekylorbitaler-Bindinger
x Hb Ha z

33 O O + + Hb Hb Ha Ha - + - + - Ha Hb +

34 Oppsummering av Molekylorbitaler for vann
Y1= py Lonepair b2 Y2= s - pz Lonepair a1 Y3= (sa + sb) +(s + pz ) OH-binding a1 Y4= (sa + sb) - (s + pz ) Antibindende a1 Y5= (sa - sb) +px OH-binding b1 Y6= (sa - sb) - px Antibindende b1

35 Energinivådiagram for vann
2b1 3a1 p(O) b1 1b2 b1 b2 Sa,Sb (H) a1 2a1 a1 a1 s(o) 1b1 1a1

36 Etylenmolekylet y H c H d C z C a b H H
Symmetrielementer: E, C2(x), C2(y) C2(z) i, s(xy), s(xz), s(yz) D2h

37

38

39

40

41 Ionisasjonspotensialene for de laveste molekylorbitalene i etylen
1b3u p (C-C) eV 1b3g s (C-H) eV 2ag s (C-C) eV 1b2u s (C-H) eV 1b1u s (C-H) eV 1ag s (C-H) eV

42 Energinivådiagram for etylen
p’ene fra carbon b1u b3g 1b2g b2g ag b3g b2u b3u 1b3u b2u b1u b1u 1b3g ag De to s-orb fra carbon ag De fire s-orb fra hydrogen 2ag 1b2u 1b1u 1ag

43 AB2-molekyler Lineært først B - A - B
Her kan vi dele opp elektronkon-figurasjonen en sigma- og en pi-del Sigmadelen behandles med hybridorbitaler og lokaliserte bindinger Betrakter pi-systemet for seg

44 P- systemet for AB2 pb+ pa+ pb Bindende pb- pa+ pb pb - pb
Antibindeende Ikke-bindende

45 Energinivådiagram for lineært AB2
Pxy* Pxy0 Pxyb

46 Energinivådiagram for lineært CO2
: O - C - O : Totalt valenselektroner 16 Sigmaelektroner Pielektroner Pxy* To pi-bindinger og to “ lonepair” Pxy0 Pxyb

47 Energinivådiagram for lineært NO2
: O - N - O : Totalt valenselektroner 17 Sigmaelektroner Pielektroner Pxy* En og en halv pi-bindinger og et og et halvt “ lonepair” Pxy0 Pxyb

48 Energinivådiagram for lineært O3
: O - O - O : Totalt valenselektroner 18 Sigmaelektroner Pielektroner Pxy* En pi-bindinger og tre“ lonepair” Pxy0 Pxyb

49 AB2 med 18 eller mer elektroner
: : : : B A B : : :

50 AB2 med 18 eller mer elektroner
To resonementer Vi oppnår bare en pi-binding i det lineære tilfellet; samme som ved vinklet VSEPR teorien tilsier vinklet : : : : B A B : : :

51 .. O O : : O .. .. Vinklet molekyl med totalt 18 valenselektroner
Her vil vi ha et sigmaskjelett som tar 14 elektroner Vi har da fire pi-elektroner vi har tre atomære pi orbitaler O : : O .. .. O a Fra disse kan en lage tre orbitaler b1+a+b2 bindende b1-b ikke-bindende b1-a+b2 antibindende Ob1 Ob2 P* P0 Pb

52 AB3 B :: A B:: B::

53 Pi-representasjonene er de med negativ
karakter for speilplanet

54

55 Energinivådiagram for AB3
a-(b1+b2+b3) b1-b2-b3 b3-b2 a+b1+b2+b3

56 AB3 B :: A B:: B:: Vi ser her at det går 18
elektroner i sigma-skjellettet B :: A B:: B::

57 Energinivådiagram for SO3
Her er det 24 valenselektroner 18 av disse benyttes i sigma-skjellettet 6 skal da fordeles i pi-orbitalene a-(b1+b2+b3) b1-b2-b3 b3-b2 En sigma-binding og to lone-pairs a+b1+b2+b3

58 Energinivådiagram for SO32-
Her er det 26 valenselektroner 18 av disse benyttes i sigma-skjellettet 8 skal da fordeles i pi-orbitalene a-(b1+b2+b3) b1-b2-b3 b3-b2 Null sigma-binding og fire lone-pairs Dette gjør at ionet er pyramidalt a+b1+b2+b3

59 Metallbindinger Klassisk metallbinding
Positive ladninger i en sky av negativ ladning Dette bilde forklarer mange av metallenes egenskaper: Ledningsevne mykhet, valsbarhet, osv legeringer, smelter

60 Moderne metallbinding Båndteori
Båndteori er molekylorbitalteori anvendt i et uendelig system Molekylorbitalene er delokalisert over hele metallet De vil da få orbitalenergier som ligger svært nær hverandre, og dette resulterer i det vi kaller energibånd

61 Båndstrukture Antibindene Bindende

62 Båndstruktur P=1/(e(E-E(F))+1) E(F)=EF= energien hvor P=1/2 Den høyeste fylte orbital kalles Fermi level S1-metaller Antibindene Bindende

63 Et metall er ledende når elektronene kan overføres fra
en orbital til en annen uten at det kreves energi S1-metaller er ledende da båndet er halvfylt Antibindene S2-metaller er ikke ledende da båndet er fylt Bindende

64 Kommentarer Overlappende tomme band kan gjøre et metall til leder f eks overlapp mellom s og p, p og d osv Hvis det er et lite bådgap mellom to bånd vil metallet være en halvleder hvis gapet er lite og kan overvinnes med en liten spenning Er gapet stort er metallet eller forbindelsen en isolator Metallet kan også gjøres til en halvleder ved doping