Här

Tillämpad Kvantfysik
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Energiskalan
Valenselektroner
Rotationer
Vibrationer
Core elektroner
Molekyler
Elektroniska övergångar i molekyler:
Vibrationsövergångar för molekyler:
Rotationsövergångar i molykyler:
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Jämförelse mellan
Tillämpad kvantfysik, TIF100
med exponent som i H och optimerad för H2+
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Molekylorbitaler från atomära s och p
s - orbitaler
a + b
a - b
pz - orbitaler
a + b
a - b
px,y - orbitaler
a - b
a + b
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Tillstånd i diatomiska molekyler – Aufbau princip
H2 – N2
Tillämpad kvantfysik, TIF100
O2 och F2
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Frågor
1. Hur byggs  och  orbitaler upp från atomära s och p tillstånd?
2. Vad menas med bindande/antibindande orbital?
3. Vad skiljer en jonisk och en kovalent binding?
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
“Riktiga” enelektron
orbitaler för N2
2p

LUMO

HOMO

Atomära orbitaler
Tillämpad kvantfysik, TIF100

2s

1s


Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Metan molekylen (CH4)
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
C2H6
Tillämpad kvantfysik, TIF100
C2H4
C2H2
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Hybridisering
För andra radens element ligger 2s och 2p tillstånden nära varandra
både energetiskt och rumsligt.
Dessa atomära tillstånd blandas när atomen är i en molekyl – hybridisering
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
De hybridiserade orbitalerna bildas enligt:
Detta ger fyra orbitaler och en tetreadrisk symmetri
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Metan molekylen (CH4)
Vi har svårt att förstå strukturen på CH4 genom att utgå
ifrån bara s, px, py, och pz orbitaler.
H binder till C med ett elektronpar. Tydligen behövs fyra
oparade elektroner för C!
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Metan molekylen (CH4)
Hybridiserade orbitaler
CH4
Energi
2sp3
Tillämpad kvantfysik, TIF100
2sp3
2sp3
2sp3
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Vi förstår etan (C2H6) utifrån sp3 hybridisering:
Energi
2sp3
2sp3
2sp3
2sp3
En  binding skapas mellan de två CH3 grupperna
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
sp2 hybridisering
Hur kan vi förstå eten molekylen (C2H4)?
Här finns ingen teraedrisk symmetri – molekylen är plan.
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
sp2 hybridisering
sp2 hybridisering för C (1s22s22p2):
Energi
2p
2px
2py
2pz
2pz
2sp2
2sp2
2sp2
2s
Den hybridiserade atomen har fyra oparade elektroner
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Eten har en dubbelbinding: En -binding och en -bindning
Vy från ovan
Vy från sidan
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
sp hybridisering
sp hybridisering för C (1s22s22p2):
Hybridorbitaler skapas från 2s och en av 2p-loberna
Energi
2p
2pz
2px
2py
2spx
2sp
2py
2sp
2s
Den hybridiserade atomen har fyra oparade elektroner
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
sp hybridisering: Etyn (C2H2)
I -bindning
2 -bindningar
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Strukturtrender
Etan (enkelbindning)
Eten (dubbelbindning)
Etyn (trippelbindning)
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Kristaller med kovalenta bindningar
Diamant (sp3)
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Grafit (sp2)
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Andra kol-strukturer med sp2 hybridisering
C60 Sfärisk molekyl som innehåller
12 pentagoner och 20 hexagoner.
Nobelpris (Kemi)1996 (Smalley, Curl och Kroto)
Kolnanotuber
Grafen
Nobelpris (Fysik) 2010 (Geim, Novoselov)
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Frågor
1. Hur byggs  och  orbitaler upp från atomära s och p tillstånd?
2. Vad menas med bindande/antibindande orbital?
3. Vad skiljer en jonisk och en kovalent binding?
4. Vad innebär hybridisering?
5. Vilka molekylära strukturer får man med sp3, sp2 och sp
hybridisering?
6. Vilken hybridisering har diamant/grafit?
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Bensen med Huckelmetoden
Energi
2
Hög kinetisk energi
1
0
-1
-2
Låg kinetisk energi
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers
Bensen med DFT – bara -tillstånd
Energi (eV)
0
-5
-10
Tillämpad kvantfysik, TIF100
Henrik Grönbeck, Department of Applied Physics, Chalmers