Homo lumo orbitaler och bindningars styrka
hur ska man mha homo och lumo orbitalers existens veta rangordningen i styrka för C-C C-h C-br och C-i bindningar i styrka?
Har du diagram över de olika orbitalerna, sådana där med atomorbitalerna på var sin sida och molekylorbitalerna i mitten? Det vore mycket lättare att förklara med hjälp av bilder.
Alternativt: En bindning blir generellt sett starkare om HOMO och LUMO är energimässigt lika. Ju större orbitalöverlapp, desto starkare bindning. Om kolet är sp3-hybridiserat med elektroner från 2s och 2p så bör en sådan orbital vara mer energimässigt lik med en sp3-orbital från period 3 (klor) än period 4 (brom). Något sådant borde man i alla fall kunna hävda.
Smaragdalena skrev :Har du diagram över de olika orbitalerna, sådana där med atomorbitalerna på var sin sida och molekylorbitalerna i mitten? Det vore mycket lättare att förklara med hjälp av bilder.
Nej, men kanske kan göra en - men måste först förstå lite mer...
Teraeagle skrev :Alternativt: En bindning blir generellt sett starkare om HOMO och LUMO är energimässigt lika. Ju större orbitalöverlapp, desto starkare bindning. Om kolet är sp3-hybridiserat med elektroner från 2s och 2p så bör en sådan orbital vara mer energimässigt lik med en sp3-orbital från period 3 (klor) än period 4 (brom). Något sådant borde man i alla fall kunna hävda.
Börjar först med att fråga detta:
Hur vet man hur energirika en atoms sp3/sp2/sp är?
Hur vet man hur man ska jämföra olika atomers sp3/sp2/sp? Vad beror deras energimängd på? Är de lägre i energi ju mer elektronegativt ämnet är?
Om du har två likadana atomer, så är energinivåerna (förstås!) precis likadana i båda - om du har en bindning mellan två kolatomer, exempelvis.
Om du har två atomer som båda har sina yttre elektroner i 2s och 2p så är deras energinivåer något så när lika - t ex kol och syre.
Om du har en atom som har sina yttersta elektroner i 2s och 2p och en annan som har sina yttersta elektroner i 3s och 3p är det rimligt att energinivåerna är ganska olika - t ex kol och brom.
gulfi52 skrev :Smaragdalena skrev :Har du diagram över de olika orbitalerna, sådana där med atomorbitalerna på var sin sida och molekylorbitalerna i mitten? Det vore mycket lättare att förklara med hjälp av bilder.
Nej, men kanske kan göra en - men måste först förstå lite mer...
Om jag inte minns helt fel hade du länkat till några sådana diagram för några dagar sedan - jag tror själva länkarna var flera rader långa...
Elektronerna som ligger närmast kärnan, 1s-elektronerna, har lägst energi eftersom de befinner sig nära atomkärnan ("lägst energi" innebär däremot att de är svåra att avlägsna från atomen). Sen kommer 2s-elektronerna som befinner sig lite längre bort från kärnan och därför har högre energi. När vi kommer till nästa nivå, 2p, måste de befinna sig lite längre bort från kärnan eftersom 2s-elektronerna ockuperar utrymmet där under. De får då lite högre energi än 2s-elektronerna. På så sätt kan man fortsätta att räkna uppåt. 3s har högre energi än 2p, men 3p har i sin tur högre energi än 3s.
"Hybridisering" används som en förklaringsmodell för att beskriva varför vissa molekyler har bindningsvinklar som inte överensstämmer med det förväntade. Ett bra exempel på detta är kol. För att förklara varför atomen kan binda till fyra andra atomer med enkelbindningar säger man att en av elektronerna i 2s-orbitalen "promoveras", d v s ges lite extra energi och skuttar upp till den tomma 2p-orbitalen. Problemet nu är att atomen borde skapa bindningar längs koordinataxlarna, men vi vet ju att kolatomens bindningar skapar en tetraeder. Då har man kvantmekaniskt försökt förklara det hela som att 2s-orbitalen mixas ihop med 2p-orbitalerna och bildar fyra sp3-orbitaler med en elektron i vardera orbital. Dessa sp3-orbitaler har lägre energi än p-orbitalerna men högre energi än s-orbitalen de bildades från. Se figur nedan.
Vi kan därför förvänta oss att sp3-orbitalerna för kol kommer att ha en energi mellan 2s och 2p. Om vi antar att halogenerna har samma beteende och skapar sp3-orbitaler av sina elektroner så kommer de att ha högre energi än för kol. Om vi tar klor som exempel så skulle dess sp3-orbitaler ligga mellan 3s och 3p. Jämför med bilden uppe. Nu är det inte ens säkert att det bildas just sp3-orbitaler, men principen är i alla fall att skillnaden i energi mellan kolets orbital i fråga och den orbital som halogenen använder för att skapa bindningen blir allt större med växande atomnummer. Tyngre halogen ger alltså större energiskillnad. LUMO hos halogenen kommer att vara allt längre ifrån HOMO hos kolet. Varför en större skillnad ger en svagare bindning är inte lätt att svara på, men jag tänker mig att likartade orbitaler ger större överlapp. När de överlappar så blandas vågfunktionerna för elektronerna i orbitalerna (en vågfunktion beskriver hur en elektron rör sig). Om du har läst linjär algebra så är det en typ av linjärkombination som då ger upphov till en ny vågfunktion som beskriver hur elektronerna rör sig inom den bildade molekylen, dvs beskriver själva bindningen.
Puh, blev ett långt och krångligt svar detta. Men det är ett rätt komplicerat ämne och det ligger mycket i citatet "Om kvantmekaniken inte gör dig yr har du inte förstått något som helst".
Tack till båda - måste läsa och rita och kanske återkommer.
men en fråga apropå att det skulle vara större skillnad mellan tex Is LUMO och Cs HOMO än mellan två kols homo och lumo:
om Is orbital som den kommer binda till kol med ligger högre i energi än kols orbital - kommer inte då Is lumo ligga lägre i energi och därmed närmare kolets homo än kol nummer tvås i en C-C bindning?
mao borde inte C-I vara starkare än C-C?
och varför / hur är C-O starkare än C-C?
att förstå resonemanget med hur en sp3 från period två atom ligger lägre i energi än en atoms från period tre är en sak men jämföra mellan två atomer i samma period - hur gör jag där? Ligger en atom som är mer till höger i en period lägre i energi pga elektronegativitet då dess kärna kan dra mer i elektroner?
Det är egentligen rätt ointressant att tala om HOMO och LUMO hos enskilda atomer när de skapar en bindning. Begreppen används ju främst för att avgöra hur och om två molekyler reagerar med varandra. Jag ska erkänna att jag är lite osäker på om man ändå kan använda den terminologin, normalt brukar jag pyssla med oorganisk kemi. En möjlig mekanism är dock att en elektron från kolets HOMO doneras till en ej ockuperad orbital hos t.ex. en kloratom. Sedan elektroner från klor och kol ihop och bildar molekylorbitalerna. Jag ska låta allt det där vara osagt och det kan ha varit fel att använda "LUMO" i mitt förra inlägg. Det intressanta är egentligen:
- När en bindningselektron från kolet och en från kloret bildar en bindande och en antibindande molekylorbital så hamnar båda elektronerna i den bindande orbitalen. Det blir molekylens HOMO.
- Den antibindande orbitalen blir molekylens LUMO.
- Det är fortsatt så att om de orbitaler som bidrar med bindningselektronerna är energimässigt lika så blir bindningen starkare.
Med det avklarat:
"om Is orbital som den kommer binda till kol med ligger högre i energi än kols orbital - kommer inte då Is lumo ligga lägre i energi och därmed närmare kolets homo än kol nummer tvås i en C-C bindning?
mao borde inte C-I vara starkare än C-C?"
Två kolatomer har ju identisk elektronkonfiguration. Om de binder till varandra borde alltså bindningen bli rätt stark. Jods elektron som skapar bindningen kommer från en 5p-orbital som har mycket högre energi än kolets sp3-orbital (från 2s och 2p) eller vad det nu är frågan om för orbitaltyp där.
"att förstå resonemanget med hur en sp3 från period två atom ligger lägre i energi än en atoms från period tre är en sak men jämföra mellan två atomer i samma period - hur gör jag där? Ligger en atom som är mer till höger i en period lägre i energi pga elektronegativitet då dess kärna kan dra mer i elektroner?"
Jag brukar tänka att syre fortfarande har samma orbitaler som kol, men fler protoner i atomkärnan och därför drar hela strukturen närmare kärnan. Alltså har syres orbitaler något lägre energi jämfört med hos kol.
"och varför / hur är C-O starkare än C-C?"
Det är en bra fråga och jag har inte något direkt bra svar. Kollade upp bindningsstyrkorna och för C-C är det 348 kJ/mol och för C-O 358 kJ/mol. En rätt liten skillnad. Det skulle kunna bero på att kolet hybridiserar orbitalerna så att de blir mer energimässigt lika 2p-orbitalerna hos syret. Men det är en gissning. Kanske kan någon annan ge en bättre förklaring.
