Смешивание орбиталей и несвязывающие орбитали


P.S. вечером поменяю все на латекс

  1. Почему характер сигма орбитали зависит от вкладов АО?
  2. Почему мы с уверенностью не можем сказать что если ниже энергетического уровня 2s АО кислорода лежит только 1 МО, то это связывающая МО (то есть по картинке)? Ед. что может помешать, так это то что 2s разрыхляющая МО упадет ниже уровня 2s связывающей МО и тогда уже тыкать придется кто из двоих МОшек разрыхляющая и кто связывающая. НО мы то уже с помощью спектроскопии какой-нибудь там определили что ниже энергетического уровня 2s АО кислорода лежит только 1 МОшка… (в прошлых главах говорили о такой спектроскопии). Да и 2s связывающая не может ведь стать выше по энергии чем 2s АО кислорода
  3. “Наиболее близкая по энергии к 2s-орбитали кислорода 1сигма МО является несвязывающей по отношению к взаимодействию углерод-кислород” это экспериментальные данные на основе вкладом АО да? Если да -вопросов нет, если нет, то еще вопросы позадаю
2 лайка

Либо в учебнике дается довольно тривиальный комментарий о, том, что по этой диаграмме знаки вкладов не очевидны. А характер как раз определяется знаками. Либо все же речь идет об абсолютном значении вклада – но в том случае я бы сказал, что в зависимости от вклада МО будет либо связывающей либо несвязывающий (а не разрыхляющей). Потому что я не вижу как связывающая может превратиться в разрыхляющую без изменения знака.

Она может быть несвязывающей. Но по картинке скорее можно сказать, что связывающая, да.

Вклад АО не может измеряться экспериментально ибо в реальной жизни нет отдельных АО, есть просто одна волновая функция, соответствующая основному состоянию.

Вклад АО можно посмотреть тут

Отношение вкладов С:O около 1:4.5. А дальше уже дело личных предпочтений назвать это несвязывающим или связывающим…

5 лайков

Как Антон выше написал, у нас есть много вариантов, как орбиталь может оказаться разрыхляющей, связывающей или несвязывающей. Т.к. четыре орбитали в крайних случаях могут давать например две такие идентичные ситуации, мы же не знаем, к какой ситуации ближе наша.


И даже такие ситуации могут быть

Наверное возникает вопрос, а как несвязывающая может уехать вниз? Ну если дипольный момент какой-нибудь возникает, то орбиталь атомная при этом укатится чисто из-за кулоновских эффектов.

По поводу экспериментальных определений связывания и разрыхления, можно много придумать косвенных способов, например измерять межатомные расстояния у ионизированных молекул, где электрон выбили из разных орбиталей, или колебательные спектры смотреть, как там жесткость связи меняется при этом. Или я слышал такой сомнительный аргумент о том, что 3\sigma орбиталь в CO слаборазрыхляющая: в неклассических карбонилах, где она как раз донатит свою электронную плотность металлам, связь CO укорачивается и частота колебательная повышается у молекулы. Но это всё гадание на кофейной гуще, т.к. сами понятия разрыхляющая и связывающая довольно умозрительные.

7 лайков

Чет я об этом не подумал, мои размышления сразу ушли в сторону абсолютных значений

Но мы ведь выбираем из двух вариантов - разрыхляющая и связывающая. Ну а мы берем эту МО несвязывающей только приближенно, разве нет?

А вот такое вообще возможно?

Верно ли то что мы можем назвать сигма1 МО несвязывающей орбиталью 2s кислорода потому, что в любом случае 2s кислорода имеет наибольший вклад в эту МО. Как бы АО не перекрывались, сигма1 орбиталь все равно будет лежать ниже чем 2s кислорода, что в свою очередь означает что он вносит набольший вклад
Еще вопрос, как понять “вклад 2р орбиталей кислорода в сигма3 невелик?” Он же прям рядышком стоит с этой мошкой

1 лайк

ето кто сказал… Видите в чем дело, на волновых функциях нет ярлыков “я связывающая” или “я разрыхляющая” и у нас нет оператора, применение которого к волновой функции выдало бы ее характер.

Связывающая и разрыхляющая это очень условные ярлыки, которые легко определить только в самых простых системах. Когда вы смешиваете две 1s орбитали водорода, там, как бы, не так много выбора. У одной орбитали эл. плотность в пространстве между атомами увеличивается, у другой уменьшается. Одна ниже по энергии, чем АО, другая выше. Все очевидно и однозначно.

А возьмите те же МО бензола – что делает \psi_2,\psi_3 связывающими а \psi_4,\psi_5 разрыхляющими? И в первых и во вторых есть узлы, да, во вторых их больше. Но это уже не так однозначно как в случае с МО водорода, где у связывающей нет узлов, а у разрыхляющей есть.

Можно начать проводить границу по “ниже или выше энергии АО”. Но опять же это удобно работает только когда есть один тип АО с одним уровнем энергии. А что если есть разные АО? с кем сравнивать?

В случае СО ситуация осложняется тем, что это не типичные (ну или не примитивные) смешения двух разных АО. Чтобы построить диаграмму МО для СО надо сначала построить примитивную диаграмму, а потом добавить эффекты sp-mixing, когда часть МО реагирует с оставшимися АО. И вот там, например, одна из разрыхляющих в примитивной диаграмме орбиталей реагирует с новой АО и получает связывающий характер. Ы.

Диаграмма МО для СО на самом деле одна из самых (если не самая) сложных (нетривиальных) среди всех двухатомных молекул.

что значит упадет? от чего упадет? споткнется? не понимаю что вы пытаетесь описать. Чтобы изменилась энергия МО нужно какое-то взаимодействие с какой-то АО\МО.

да

3\sigma орбиталь без sp-mixing лежит гораздо ниже по энергии и имеет немалый вклад 2р орбиталей кислорода. Но когда включается sp-mixing c 2p углерода (он происходит, ЕМНИП, с 2\sigma и 3\sigma орбиталями, последние поднимаются по энергии ближе к 2р орбиталям углерода (и то, что они оказываются рядом с 2р кислорода это просто совпадение).

5 лайков

МО тоже имеют право споткнуться


Я имел ввиду понижение энергии σ*(2s) в следствии перекрывания с σ*(2p), sp mixing. Может ли в таком случае энергия σ*(2s) упасть ниже энергии 2s Кислорода

Мне кажется вы тут перепутали. До sp mixing, 3σ это ведь σ(2p) (вы ведь сами говорите, МО в которой вклад 2p кислорода большой, коем и является σ(2p)). Но ведь в sp mixing же перекрываются σ(2s) и σ(2р), ни s ни р орбитали не могут перекрытся с сигма орбиталью, они не имеют сигма симметрии (в учебнике вводилось понятие сигма, сигма*, пи и пи* симметрии). Хотя верно и то что по близости энергии подходит только 2s Углерода, тогда ее вклад будет намногт больше чем вклад 2s кислорода (если бы каждая из орбиталей отдельно перекрывались с σ(2p). Но в учебнике ведь говорилось что симметрия орбиталей которые перекрываются условие обязательное, а близость энергии это всего лишь условие ЗНАЧИТЕЛЬНОГО перекрывания.

1 лайк

Если они не имеют сигма симметрии, почему вы называете их \sigma орбиталями?)) Я нарисовал диаграмму МО до sp mixing и показал как происходит sp mixing

note: я опустил тот факт, что у С и О немного разные по размерам орбитали. Но качественный результат тот же.

2 лайка

Я не называл их сигма орбиталями, s и р орбитали сигма симметрии не имеют. Под σ(2s) я имел ввиду молекулярную сигма орбиталь, образованную двумя s орбиталями. В хаускрофте ясно и понятно было написано что при sp mixing перекрываются две МОЛЕКУЛЯРНЫЕ орбитали. Поэтому я все еще не понимаю ответы на эти вопросы

Прошу прощения за такой промежуток между ответами. Видеть эти МОшки не хотел :slight_smile:

на фотографии выше я и показал смешение двух молекулярных орбиталей. Что именно на моем рисунке непонятно?

Как минимум то, что вы смешиваете сигма орбиталь с сигма разрыхляющей орбиталью (до sp mixing мы ведь можем их так назвать). А надо смешивать связывающую сигму со связывающей


Вот пруф. А раз смешиваются сигма1 и сигма3, то можно посмотреть на то кто больше вкладывает в сигма1 и понять что этот кто-то - кислород

1 лайк

Кто так сказал?

То, что есть пример, когда происходит смешение 1\sigma и 3\sigma не является доказательством того, что смешение всегда происходит между связывающими орбиталями. В более общем порядке, один пример не является доказательством общего правила.

Я не знаю, о каких молекулах идет речь на рис 3.24. гомо или гетероатомных. Немного похоже на гомоатомные. В конечном итоге, факт в том, что смешение может происходить и как между 1\sigma и 3\sigma так и между 2\sigma и 3\sigma. А дальше стоит вопрос какое из этих взаимодействий будет понижать общую энергию системы. Стоит заметить, что смешение 1\sigma и 3\sigma приводит к симметричному повышению эл. плотности на обоих атомах, тогда как смешение 2\sigma и 3\sigma преимущественно переносит эл. плотность либо на кислород, либо на углерод.

В любом случае, стоит помнить, что это все не больше, чем полезная модель. В реальности нет такого, что атомные орбитали С и О собираются и решают, так сейчас мы образуем МО без sp mixing, а потом ты и ты смешаетесь. Поэтому вопрос “а могут ли эти орбитали смешиваться” релевантен только внутри модели, которую мы используем для того, чтобы лучше предсказывать реальную форму МО.

2 лайка

Да гомо

А… это так работает… в хаускрофте было написано что симметрия орбиталей которые перекрываюся это обязательное условие, я так и запомнил (не особо объяснили в книжке). Я правильно понимаю, это было обязательным условием лишь для гомоатомных молекул? У двоих атомов же одинаковые электронные плотности должны быть, а значит возможно лишь перекрывание симметричных орбиталей

так по симметрии они подходят, они все сигма орбитали. Связывающий/разрыхляющий характер это совершенно отдельная и независимая характеристика.

С чего бы это?

можно поподробнее? Просто по Связыв/разрых орбиталям сразу видно что они по симметрии не подходят

Ну, я же это про гомоядерные говорил

так мы обсуждаем молекулу СО, не? и спорим о том, какие орбитали смешиваются в СО, не?

МО А:
image
МО Б:
image

Для каждой МО, скажите, используя слова так, как вы понимаете их, является ли орбиталь связывающей/разрыхляющей и какая у нее симметрия.

Я имел ввиду что необходимость симметрии орбиталей нужно только для гомоатомных молекул, тогда при смешивании связывающей Сигма с другой связывающей сигма орбиталей электронная плотность равномерна будет распределяться.

Это вроде ЛКАО для полиатомной молекулы, честно говоря без понятия как определять связывающая или разрыхляющая это МО. А значит и симметрию точно не назвать каким-то образом, максимум можно сказать что такая МО А будет смешиватся лишь с такой МО, у которой порядок связывающих и разрыхляющих перекрывании такой же. Еще можно сказать что у МО А больший связывающий характер, из-за меньшего колво узлов.

Да.

Тоже верно.

Все остальное нет.

Перечитайте то, что писал выше.

У вас инвертированная логика. По количеству узлов иногда в случае простых систем, можно определить связывающий/разрыхляющий характер. Но не наоборот.

Перестаньте использовать слово симметрия как синоним разрыхляющая/связывающая орбиталь.

Откуда вообще появляется требование по симметрии? Просто из наблюдения, что некоторые орбитали, при взаимодействии, будут иметь суммарное нулевое взаимодействие.

symmetry

Слева суммарное взаимодействие нулевое, т.е. стабилизации нет. Это мы и называем “не подходят по симметрии”. А справа подходят. Вот и все, вся разница.

А как тогда вообще определять, подходят ли нарисованные вами 2сигма и 3сигма орбитали по симметрии?

По тому будет ли в результате понижение общей энергии системы или нет. Вы как будто проигнорировали мой рисунок выше

Но нам же это неизвестно… мы же пытаемся понять какие орбиталм могут смешиватся и какие нет (среди 4 сигма СО до sp смешивания, даже если чисто гипотетический)

Ни в коем случае