Repetition F3 • Oktettregeln • Jonbindning och kovalent bindning • Lewisstrukturer • Elektronegativitet och polariserbarhet – bindningskaraktär – polära bindningar • Bindningsstyrka Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 F4 – Molekylstrukturer • Enkla molekyler har väldefinierade geometriska former • Den geometriska formen utgörs av en centralatom och dess bundna grannatomer Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Teorier Det finns olika teorier/metoder för att förklara/förutsäga strukturen hos enkla molekyler Förenklat • VSEPR-modellen • Valensbindingsteori • Molekylorbitalteori • Datorberäkning för att lösa Avancerat schrödingerekvationen Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 VSEPR-modellen • VSEPR står för ”Valence-Shell Electron-Pair Repulsion” • Utgångspunkten är att elektrontäta områden, dvs. bindningar och fria elektronpar, repellerar varandra • De elektrontäta områdena försöker komma så långt bort från varandra som möjligt för att få så låg energi som möjligt :O = C = O: Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Elektronarrangemang Maximal utspridning av elektrontäta områden Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Elektronarrangemang och geometrisk form Fria elektronpar räknas in vid bestämningen av elektronarrangemang, men inte i den geometriska formen – H : H–N–H Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Repulsion • Olika typer av bindningar (enkel-, dubbel-, trippel-) hanteras lika • Repulsionen från fria elektronpar är större än från bindningar • Elektronpar tvingar bindningsvinklar att bli mindre än i motsvarande regelbundna elektronarrangemang – H : H–N–H Ammoniak, NH3 Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Fem elektrontäta områden • Elektronarrangemanget för fem elektrontäta områden har trigonal bipyramidal struktur • Repulsionen minimeras om fria elektronpar läggs i ekvatoriella positioner Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Sex elektrontäta områden • Elektronarrangemanget för sex elektrontäta områden har oktaedrisk struktur • Repulsionen minimeras för två fria elektronpar om de läggs på motstående sidor av molekylen Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Recept för VSEPR-modellen 1. Avgör antalet bindningar och fria elektronpar från lewisstrukturen för molekylen 2. Identifiera elektronarrangemang 3. Identifiera molekylens geometriska form (titta bara på atomer, ej fria elektronpar) 4. Räkna med att fria elektronpar utövar extra repulsion och stör elektronarrangemangets regelbundna struktur Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Övning Bestäm elektronarrangemang och geometrisk form för följande molekyler/joner: 1. CO2 2. H2O 3. SO324. SF4 Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Svar 1. CO2 :O = C = O: elektronarrangemang: linjär geometrisk form: linjär 2. H2O elektronarrangemang: tetraedrisk geometrisk form: vinklad Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Svar 3. SO32elektronarrangemang: tetraedrisk geometrisk form: trigonal pyramidal Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Svar 4. SF4 elektronarrangemang: trigonal bipyramidal geometrisk form: gungbräda Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Polära eller opolära molekyler? • • De polära bindningarna i en molekyl utgör elektriska dipoler, dvs. har dipolmoment Beroende på hur bindningarna är riktade i molekylen kan de ge upphov till ett dipolmoment för hela molekylen eller ta ut varandra helt och göra molekylen opolär CO2, opolär H2O, polär Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Polära eller opolära molekyler? polär opolär Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Polära eller opolära molekyler? Symmetrin bryts om bindningarna inte är ekvivalenta CHCl3 opolär polär Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Övning Avgör om följande molekyler är polära: 1. NH3 2. SO3 3. SO2 Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Svar 1. NH3 bindn./ elektronfria e-par arr. 4 tetraedrisk form polaritet trigonal pyramidal polär 2. SO3 3 trigonal plan trigonal plan opolär 3. SO2 3 trigonal plan vinklad polär Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Valensbindningsteori Kovalenta bindningar bildas av överlapp av halvfyllda atomorbitaler Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 σ-bindning • Cylindrisk symmetri Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 π-bindning • Två lober • Ett nodplan längs bindningsaxeln Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Multipelbindningar • Enkelbindning: en σ-bindning • Dubbelbindning: en σ- och en π-bindning • Trippelbindning: en σ- och två π-bindningar N2, trippelbindning Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Hybridisering • Om man bara kombinerar s- och p-orbitaler till bindningar, kan man inte förklara geometrin • Lösningen är att göra linjärkombinationer av atomorbitalerna – hybridorbitaler • Antalet orbitaler är konstant, dvs. antalet hybridorbitaler är detsamma som antalet atomorbitaler som tagits i anspråk • Exempel: sp3-orbital h1 = s + p x + p y + p z Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Metan, CH4 – sp3-hybridisering • Kol har fyra valenselektroner • 1 s-orbital och 3 p-orbitaler i valensskalet ger fyra sp3-orbitaler riktade mot hörnen i en tetraeder • De fyra hybridorbitalerna kan få en valenselektron var • Eftersom de då är halvfyllda är de alla redo för bindning • I metan överlappar de med vätenas s-orbitaler och skapar σ-bindningar • Metan har tetraedrisk form Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Etyn, C2H2 – sp-hybridisering • 1 s-orbital och 1 p-orbital i valensskalet ger två sp-orbitaler riktade åt var sitt håll (linjärt) • Två p-orbitaler blir kvar • Alla fyra orbitalerna är halvfyllda • I etyn överlappar sp-orbitaler från de båda kolen med varandra och med vätenas s-orbitaler och skapar σ-bindningar • p-orbitalerna överlappar och trippelbindning skapar π-bindningar Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 spx-orbitaler • 2 sp-orbitaler, linjär form, lämnar 2 p-orbitaler för π-bindning • 3 sp2-orbitaler, trigonal plan form, lämnar 1 p-orbital för π-bindning • 4 sp3-orbitaler, tetraedrisk form Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 sp3dx-orbitaler • 5 sp3d-orbitaler, trigonal bipyramidal form • 6 sp3d2-orbitaler, oktaedrisk form Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Molekylorbitalteori • Istället för att beskriva kovalent bindning som överlapp mellan (hybridiserade) atomorbitaler, skapas orbitaler från s- och p-orbitaler från olika atomer • Dessa nya orbitaler sträcker sig över hela molekylen och kallas därför molekylorbitaler • Antalet orbitaler är konstant, dvs. antalet molekylorbitaler är detsamma som antalet atomorbitaler som tagits i anspråk • Valenselektronerna placeras i molekylorbitalerna efter stigande energi enligt aufbauprincipen Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 σ-orbitaler • Cylindrisk symmetri • σ-orbitaler kan bildas av s- eller p-orbitaler antibindande – nodplan mellan atomer bindande Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 π-orbitaler antibindande • Ett nodplan längs bindningsaxeln • π-orbitaler kan bildas av p-orbitaler bindande Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Energinivåer – diatomära molekyler Li2 till N2 O2 och F2 Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Bindningstal Bindningstal = ½ (antal elektroner i bindande orbitaler – antal elektroner i antibindande orbitaler) 1 b = (N e − N e* ) 2 € Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Elektronkonfigurationer b = 3 (trippelbindning) b = 2 (dubbelbindning) Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Bensen, C6H6 Blandteori: • sp2-hybridisering • σ-bindningar mellan C-C i ringen och C-H • molekylorbitaler (π) av pz-orbitalerna Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00 Kvantkemiska beräkningsmetoder • Uttryck vågfunktionerna som linjärkombinationer av basfunktioner, som inte nödvändigtvis är väteatomorbitaler • Lös schrödingerekvationen numeriskt Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00
© Copyright 2024