Molekyylin rakenne
CHEM-A1200 Kemiallinen rakenne ja sitoutuminen Molekyylin rakenne Opettava tutkija Pekka M Joensuu © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyylin rakenne © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 kiderakenteet Molekyylin rakenne kiderakenteet VSEPRT: Valence shell Electron Pair Repulsion Theory Elektroniparit ”hylkivät” toisiaan ja pyrkivät olemaan mahdollisimman kaukana toisistaan © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyylin rakenne Emissiospektri Kvantittunut energiaspektri: Jos käytetään paljon energiaa, pystytään vedystä poistamaan elektroni Jos energia absorboituu ”sopivasti” elektroni siirtyy virittyneeseen tilaan. Energia absorboituu (emittoituu) askelittain = Kvantti-systeemi Vedyn emissiospektri: Palmerin sarja, Lymanin sarja © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyylin rakenne Pääkvanttiluku: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Emissiospektri Molekyylin rakenne Kolme tärkeää kvanttilukua: Tulevat Schrödingerin yhtälöiden ratkaisusta (Aaltofunktiot) Pääkvanttiluku n: Kuvaa millä kuorella orbitaali sijaitsee, saa arvoja 1, 2, 3 jne. Sivukvanttiluku l: Kuvaa orbitaalin muotoa. l=0,1, 2…., n-1, käytetään kirjaimia s,p,d,f lukujen sijaan Magneettinen kvanttiluku ml: Kuvaa orbitaalin avaruudellista orientaatiota. Saa arvot –l - +l, esim. ml = -1, 0, 1 Ilmaistaan sivukvanttiluvun kirjaimen edessä koordinaatin suunnilla x, y, z © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Orbitaalit Molekyylin rakenne Orbitaalit Orbitaalien nimeäminen: Vedyn ainoaa elektronia voidaan perustilassa kuvata seuraavasti: 1s1 1 kuvaa pääkvanttilukua (1. kuorella) s kuvaa sivukvanttilukua (0), yläindeksi (1) kuvaa, että orbitaalilla on yksi elektroni. On olemassa myös 4. kvanttiluku, spinkvanttiluku ms, joka ei kuvaa orbitaalia, vaan orbitaalilla olevan elektronin pyörimistä oman akselinsa ympäri. Se saa aina arvoksi, joko +1/2 tai -1/2, riippumatta muista kvanttiluvuista!! Yksi orbitaali voi miehittää vain kaksi elektronia!! © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyylin rakenne Jaksollinen järjestelmä: Neonin elektroni konfiguraatio © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Orbitaalit Molekyylin rakenne Orbitaalit Orbitaalien graafinen esitys: Aaltoliikettä on helppo kuvata, mutta siitä on vaikea ”nähdä” orbitaaleja. ei ole kovinkaan hyödyllinen, mutta elektronin tietyllä säteellä ytimestä. 2 kertoo todennäköisyyden löytää © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyylin rakenne Orbitaalit Orbitaalien graafinen esitys: Tiheyskaavio on kuvaavampi. Tässä on näkyvissä solmupinta! © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyylin rakenne Orbitaalien graafinen esitys: Solmukohdat. © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Orbitaalit Molekyylin rakenne Orbitaalien graafinen esitys: 2 p orbitaalilla on yksi solmutaso. Orgaanikon on kuvattava orbitaalit mahd. yksinkertaisesti! © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Orbitaalit Molekyylin rakenne Orbitaalien graafinen esitys: Orbitaaleilla on myös vaihe, niin kuin normaalilla siniaallollakin. Nyt se magneettinen kvanttiluku © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Orbitaalit Molekyylin rakenne Pikakertaus: Kvanttiluvut: Pääkanttiluku (kuori), n = 1, 2, 3, 4….. Sivukvanttiluku (orbitaalin muoto), kuvataan kirjaimilla s, p, d, f Magneettinen kvanttiluku ml kuvaa orbitaalin avaruudellista orientaatiota Spinkanttiluku kuvaa elektronia, aina arvo -1/2 tai +1/2 Jokaisella atomin elektronilla on erilainen tunnistekoodi, joka koostuu 4 kvanttiluvusta. © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Orbitaalit Molekyylin rakenne Miten elektronit täyttävät orbitaalit: Ruvetaan laittamaan elektroneja orbitaaleille! Aufbau periaate © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Orbitaalit Molekyylin rakenne © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Orbitaalit Molekyylin rakenne © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Orbitaalit Molekyylin rakenne Molekyyliorbitaalit: Äsken keskusteltiin atomiorbitaaleista (AO) ja nyt siirrytään molekyyliorbitaaleihin (MO) Eli yhdistetään aaltoja: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyyliorbitaalit Molekyylin rakenne Molekyyliorbitaalit Eli yhdistetään aaltoja: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyyliorbitaalit Molekyylin rakenne Sidoksen syntyminen: Tarvitaan jokin sitova voima: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyyliorbitaalit Molekyylin rakenne Molekyyliorbitaalit Sidoksen hajoaminen Kun molekyyli absorboi energiaa, elektroni siirtyy ei sitovalle orbitaalille, ja sidos katkeaa: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyylin rakenne Sidoksen hajoaminen Helium molekyyli ei voi olla pysyvä: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyyliorbitaalit Molekyylin rakenne Sidoksen muodostuminen: Sigma-sidos (muodostetaan sigma orbitaali), ensin s-orbitaaleilla: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyyliorbitaalit Molekyylin rakenne Sidoksen muodostuminen: Sigma-sidos (muodostetaan sigma orbitaali), sitten p-orbitaaleilla: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyyliorbitaalit Molekyylin rakenne Sidoksen muodostuminen: Sigma-sidos: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyyliorbitaalit Molekyylin rakenne Sidoksen muodostuminen: Pii-sidos: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyyliorbitaalit Molekyylin rakenne Sidoksen muodostuminen: Heteronukleaariset sidokset: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyyliorbitaalit Molekyylin rakenne Molekyyliorbitaalit Sidoksen muodostuminen: Elektronegatiivisempi atomi ”ottaa” suuremman osan sitovasta orbitaalista Ja vastaavasti anti-orbitaali on suurempi elektropositiivisen atomin ”takana”: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyylin rakenne © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyyliorbitaalit Molekyylin rakenne Molekyyliorbitaalit Samankokoiset orbitaalit muodostavat paremman päällekkäisyyden ja myös geometrian täytyy olla sama © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyylin rakenne Hybridisaatio: Siis miksi tetrahedraalinen: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyyliorbitaalit Molekyylin rakenne Hybridisaatio: Siis miksi 120° sp2: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyyliorbitaalit Molekyylin rakenne Hybridisaatio: Siis miksi lineaarinen sp: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyyliorbitaalit Molekyylin rakenne Muutamia perusasioita: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyyliorbitaalit Molekyylin rakenne Heteronukleaariset kaksoisidokset: © Helsinki University of Technology, Laboratory of Organic Chemistry © Pekka M Joensuu 2010 Molekyyliorbitaalit
© Copyright 2024