분자 궤도함수 이론 (분자 오비탈 이론) II

분자 궤도 에너지 다이어그램

원자 및 분자 궤도의 상대적인 에너지 수준은 전형적으로 분자 궤도 다이어그램에 표시됩니다. 다원자 분자의 경우, 한 원자의 원자 궤도가 왼쪽에 표시되고 다른 원자의 궤도는 오른쪽에 표시됩니다. 각 수평 선은 두 개의 전자를 보유할 수 있는 하나의 궤도를 나타냅니다. 원자 궤도의 조합에 의해 형성된 분자 궤도는 중앙에 표시된다. 대시 선은 분자 궤도를 형성하기 위해 결합 된 원자 궤도의 표시. 결합 원자 궤도의 각 쌍에 대 한, 하나의 낮은 에너지 (결합) 분자 궤도와 하나의 높은 에너지 (안티 본딩) 궤도 결과.

이러한 분자 궤도에서 전자의 분포는 aufbau 원리에 따라 수행됩니다. 저에너지 궤도가 먼저 채워집니다. 전자는 페어링하기 전에 퇴화 궤도 사이에 퍼져 있으며, 각 궤도는 반대 회전을 가진 최대 2개의 전자를 보유할 수 있습니다.

채권 주문

채워진 분자 궤도 다이어그램은 결합 과 항 결합 분자 궤도 모두에서 전자의 수를 보여줍니다. 분자의 결합 강도에 대한 전자의 순 기여는 채권 순서를 결정함으로써 식별됩니다. 분자 궤도 모델에서 전자는 결합 궤도를 차지하는 경우 결합 상호 작용에 기여하며, 항결합 궤도를 차지하는 경우 항결합 상호 작용에 기여합니다. 본드 순서는 안정화(bonding) 전자로부터 불안정(antibonding) 전자를 빼서 계산한다. 채권은 두 개의 전자로 구성되어 있기 때문에 채권 주문을 얻기 위해 두 개로 나눕니다. 채권 순서를 결정하는 방정식은 다음과 같습니다.

채권 순서는 공유 채권의 강도에 대한 가이드입니다. 채권 주문이 증가함에 따라 두 원자 간의 채권이 강해집니다. 두 원자 사이의 분자 궤도에서 전자의 분포가 결과 결합순서가 0이 될 정도로 안정적인 결합이 형성되지 않는 경우.

호모핵 해부학 분자의 결합

수소_{분자(H2)는}두 개의 수소 원자로부터 형성됩니다. 두 원자의 원자 궤도가 결합되면 전자는 가장 낮은 에너지의 분자 궤도를 차지하며, σ_1의 접합 궤도를 차지합니다. 이수소 분자, H_2는H₂ 분자의 에너지가 두 H 원자보다 낮기 때문에 쉽게 형성됩니다. H₂ 분자의 두 전자는 σ_1s 접합 궤도에 있습니다. 전자 구성은 (σ_1s)^2. 이 구성은 단일 위쪽 화살표가 궤도에서 하나의 전자를 나타내는 분자 궤도 에너지 다이어그램으로 표현되며, 두 개의 (위쪽 및 아래쪽) 화살표는 반대 스핀의 두 전자를 나타냅니다. 이수소 분자는 두 개의 접합 전자와 항결합 전자를 포함하지 않으므로 결합 순서는 1과 같습니다. 따라서 H-H 채권은 단일 채권입니다.

헬륨 원자에는 두 개의 전자가 있으며, 둘 다1의 궤도에 있습니다. 두 개의 헬륨 원자는 분산 분자를 형성하기 위해 결합하지 않는다, 그는_2,네 개의 전자와 함께, 낮은 에너지 결합 궤도에서 두 전자의 안정화 효과는 고에너지 항결합 분자 궤도에서 두 전자의 불안정 효과에 의해 상쇄 될 것이기 때문이다. He_2의 가상 전자 구성은 (σ_1s)²(σ*_1s)^2. 가상 디헬륨 분자의 결합 순서는 0이 될 것입니다. 이는 두 헬륨 원자 사이에 결합이 형성되지 않는다는 것을 나타냅니다.

2피리어드 의 호모핵 해부학 분자의 결합

8개의 가능한 호균 핵 해부학 분자는 주기적인 표의 제2 기간의 원자에 의해 형성될 수 있다: Li_2,Be_2,B_2,C_2,N_2,O_2,F_2,및 Ne_2. Be₂ 분자와 Ne₂ 분자는 제로 본드 순서로 인해 안정되지 않을 것입니다.

원자 분자 궤도 전자 구성의 경우, 원자 전자는 가능한 에너지가 가장 낮은 원자 분자 궤도에 할당됩니다. Hund의 규칙에 따라, 두 개 이상의 퇴화 분자 궤도가있을 때마다 전자는 전자의 페어링이 일어나기 전에 그 유형의 각 궤도를 노래로 채웁니다.

σ 궤도는 일반적으로 π 궤도보다 더 안정적입니다. 그러나 항상 그렇지는 않습니다. p 궤도(Li through N)에 전자가 3개 이하인 원자의 경우, σp 궤도가 πp 세트보다 에너지가 더 높은 다른 패턴이 관찰된다.

궤도 순서의 이 스위치는 s-p 믹싱이라는 현상 때문에 발생합니다. s–p 믹싱은 새로운 궤도를 생성하지 않습니다; 그것은 단지 기존의 분자 궤도의 에너지에 영향을 미칩니다. σs 파동 기능은 σp 파장과 수학적으로 결합되어, 그 결과, σs 궤도가 더 안정되고, σp 궤도는 덜 안정된다. 마찬가지로, 항본딩 궤도는 또한 s를겪습니다 –p 혼합, σ_s* 가 더 안정되고 있으며, σp * 덜 안정되고있다.

s–p 혼합은 s와 p 궤도가 유사한 에너지를 가질 때 발생합니다. O, F, Ne의2s와 2p 궤도 사이의 에너지 차이는 리, Be, B, C 및 N보다 큽습니다. 이 때문에 O_2,F₂및_Ne2는 무시할 수 있는 s-p혼합(에너지 순서를 바꾸기에 충분하지 않음)을 나타내며, 이들의 MO 다이어그램은 위의 그림과 같이 정상 패턴을 따릅니다. 다른 모든 기간 2 원자 분자는 s를가지고 –p 혼합, 이는 σp 궤도가 πp 세트 위에 제기되는 패턴으로 이어집니다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 8.4: 분자 궤도 이론에서 적용됩니다.