MolDraw › أدوات الكيمياء › مولّد مخططات المدارات الجزيئية
مولّد مخططات المدارات الجزيئية
باختصار: مولّد مخططات المدارات الجزيئية للجزيئات والأيونات ثنائية الذرة من H₂ إلى Ne₂، إضافةً إلى CO وNO وCN⁻ وHF. يستخدم الترتيب الصحيح للمدارات (مع امتزاج s–p أو دونه)، ويملأ الإلكترونات وفق قاعدة هوند، ويعطي رتبة الرابطة والمغناطيسية وHOMO وLUMO والتوزيع في MO. الأداة مجانية وتعمل في متصفح الويب دون الحاجة إلى تنزيل.
اختر جزيئًا أو أيونًا ثنائي الذرة لترى مخطط طاقة MO الخاص به، مع المدارات الذرية على الجانبين، والمدارات الجزيئية في الوسط، وكل إلكترون مرسومًا كسهم. ويشرح مربع النتيجة رتبة الرابطة والمغناطيسية خطوة بخطوة.
اكتب O2 أو N2+ أو O2 2- أو NO أو CO أو CN- أو HF، أو اختر الذرتين أدناه.
أمثلة
المدارات الرابطة باللون الأزرق المخضر، والمضادة للربط بالأحمر، وغير الرابطة بالرمادي. وتبيّن الخطوط المتقطعة أي المدارات الذرية تتحد. ومقياس الطاقة تخطيطي.
كيف تستخدم مولّد مخططات MO
- اكتب جزيئًا أو أيونًا ثنائي الذرة في الجزيء أو الأيون، مثل
O2أوN2+أوO2 2-أوCN-. ويمكنك أيضًا اختيار الذرة 1 والذرة 2 والشحنة، أو الضغط على زر مثال. - اترك ترتيب المدارات على تلقائي لاستخدام قاعدة الكتب المدرسية، أو افرض الترتيب مع امتزاج s–p أو دونه للمقارنة.
- اقرأ رتبة الرابطة والمغناطيسية وHOMO وLUMO والتوزيع في MO في مربع النتيجة. ويُظهر المخطط الإلكترونات كأسهم.
- اضغط تنزيل SVG أو تنزيل PNG لحفظ المخطط للملاحظات أو الشرائح أو أوراق العمل.
كيف يعمل مخطط المدارات الجزيئية
عندما ترتبط ذرتان، تتحد مداراتهما الذرية لتكوّن مدارات جزيئية (MOs). يعطي مداران ذريان مدارًا جزيئيًا رابطًا (أقل طاقة، والكثافة الإلكترونية بين النواتين) ومدارًا جزيئيًا مضادًا للربط (أعلى طاقة، ويُعلَّم بـ *). والتداخل الرأسي يعطي مدارات σ، والتداخل الجانبي لمدارات p يعطي زوجًا من مدارات π.
رتبة الرابطة = (الإلكترونات في MOs الرابطة − الإلكترونات في MOs المضادة للربط) / 2
ترتيب المدارات للجزيئات ثنائية الذرة في الدورة الثانية
| النوع | ترتيب MOs التكافؤ (من الأدنى إلى الأعلى) |
|---|---|
| من Li₂ إلى N₂، وأي نوع له 14 إلكترونًا أو أقل (CO وCN⁻ وNO⁺ وN₂⁺) | σ2s < σ*2s < π2p < σ2p < π*2p < σ*2p |
| O₂ وF₂ وNe₂، والأنواع التي لها أكثر من 14 إلكترونًا (O₂⁺ وO₂⁻ وNO) | σ2s < σ*2s < σ2p < π2p < π*2p < σ*2p |
يأتي التبدّل من امتزاج s–p. ففي B وC وN يتقارب مستويا 2s و2p، فيتآثر σ2s وσ2p ويُدفع σ2p فوق π2p. وفي O وF تكون فجوة 2s–2p كبيرة، فيضعف الامتزاج ويبقى σ2p تحت π2p. وللأنواع التي لها 15 إلكترونًا أو أكثر يعطي الترتيبان عدد الإلكترونات نفسه في كل مدار، فلا تتغير رتبة الرابطة ولا المغناطيسية.
قواعد الملء
- البناء التصاعدي: املأ MO الأدنى أولًا. ويتسع كل مدار لإلكترونين متعاكسي اللف (مبدأ باولي).
- قاعدة هوند: في زوج متساوي الطاقة مثل π*2p، ضع إلكترونًا في كل مدار قبل التزاوج. ولهذا يكون لـ O₂ إلكترونان غير مزدوجين.
- المغناطيسية: أي إلكترون غير مزدوج يجعل النوع بارامغناطيسيًا (ينجذب إلى المغناطيس). وإذا كانت كل الإلكترونات مزدوجة فهو دايامغناطيسي.
- HOMO وLUMO: أعلى مدار جزيئي مشغول وأدنى مدار جزيئي غير مشغول. ويُسمى HOMO نصف الممتلئ أيضًا SOMO (مدار جزيئي مشغول بإلكترون واحد).
الجزيئات ثنائية الذرة غير المتجانسة
في CO وNO وCN⁻ تكون المدارات الذرية للذرة الأعلى كهروسلبية أقل طاقة، لذا تُرسم أدنى على اليمين. وتقع MOs الرابطة أقرب إلى تلك الذرة، بينما تقع MOs المضادة للربط أقرب إلى الذرة الأقل كهروسلبية. وفي HF يتداخل مدار H 1s فقط مع مدار F 2p على امتداد الرابطة. ويبقى مدار F 2s ومدارا F 2p الآخران أزواجًا حرة غير رابطة، لذا رتبة الرابطة في HF تساوي 1.
مقارنة رتبة الرابطة وطولها وطاقتها
رتبة الرابطة الأعلى تعني رابطة أقصر وأقوى. أطوال الروابط التقريبية بوحدة pm وطاقات تفكك الروابط بوحدة kJ/mol:
| النوع | الإلكترونات | رتبة الرابطة | المغناطيسية (غير المزدوجة) | طول الرابطة (pm) | طاقة الرابطة (kJ/mol) |
|---|---|---|---|---|---|
| H₂⁺ | 1 | ½ | بارامغناطيسي (1) | 106 | 256 |
| H₂ | 2 | 1 | دايامغناطيسي | 74 | 436 |
| He₂⁺ | 3 | ½ | بارامغناطيسي (1) | 108 | 230 |
| He₂ | 4 | 0 | دايامغناطيسي | غير مرتبط | غير مرتبط |
| Li₂ | 6 | 1 | دايامغناطيسي | 267 | 105 |
| Be₂ | 8 | 0 | دايامغناطيسي | 245 | نحو 10 |
| B₂ | 10 | 1 | بارامغناطيسي (2) | 159 | 290 |
| C₂ | 12 | 2 | دايامغناطيسي | 124 | 599 |
| N₂ | 14 | 3 | دايامغناطيسي | 110 | 945 |
| N₂⁺ | 13 | 2½ | بارامغناطيسي (1) | 112 | 841 |
| O₂⁺ | 15 | 2½ | بارامغناطيسي (1) | 112 | 643 |
| O₂ | 16 | 2 | بارامغناطيسي (2) | 121 | 498 |
| O₂⁻ (فوق أكسيد) | 17 | 1½ | بارامغناطيسي (1) | 133 | غير متاح |
| O₂²⁻ (بيروكسيد) | 18 | 1 | دايامغناطيسي | 149 | غير متاح |
| F₂ | 18 | 1 | دايامغناطيسي | 142 | 159 |
| Ne₂ | 20 | 0 | دايامغناطيسي | غير مرتبط | غير مرتبط |
| CO | 14 | 3 | دايامغناطيسي | 113 | 1076 |
| NO⁺ | 14 | 3 | دايامغناطيسي | 106 | 1050 |
| CN⁻ | 14 | 3 | دايامغناطيسي | 116 | غير متاح |
| NO | 15 | 2½ | بارامغناطيسي (1) | 115 | 631 |
| HF | 10 | 1 | دايامغناطيسي | 92 | 570 |
الاتجاه في سلسلة الأكسجين: O₂⁺ (2½، 112 pm) > O₂ (2، 121 pm) > O₂⁻ (1½، 133 pm) > O₂²⁻ (1، 149 pm). والأنواع متساوية الإلكترونات (N₂ وCO وCN⁻ وNO⁺ بـ 14 إلكترونًا) كلها رتبة رابطتها 3.
أمثلة محلولة
O₂: لماذا يلتصق الأكسجين السائل بالمغناطيس
16 إلكترونًا: KK σ2s² σ*2s² σ2p² π2p⁴ π*2p².
الرابطة 10 (مع σ1s)، والمضادة للربط 6. وإلكترونا π* غير مزدوجين وفق قاعدة هوند.
رتبة الرابطة 2، بارامغناطيسي، إلكترونان غير مزدوجين
N₂: الرابطة الثلاثية
14 إلكترونًا، ترتيب امتزاج s–p: KK σ2s² σ*2s² π2p⁴ σ2p².
رتبة الرابطة = (10 − 4)/2.
رتبة الرابطة 3، دايامغناطيسي، HOMO هو σ2p
B₂ وC₂ (مفضّلان في JEE وNEET)
B₂ (10 e): π2p¹ π2p¹ يعطي إلكترونين غير مزدوجين. C₂ (12 e): π2p⁴، كلها مزدوجة.
دون امتزاج s–p كان B₂ سيكون دايامغناطيسيًا، وهذا يخالف التجربة.
B₂ بارامغناطيسي (BO 1)؛ C₂ دايامغناطيسي (BO 2)
NO وNO⁺ وNO⁻
لـ NO 15 إلكترونًا: إلكترون واحد في π*2p. يفقده NO⁺ (14)؛ وNO⁻ (16) يشبه O₂.
BO = (10 − 5)/2 لـ NO.
NO 2½ (إلكترون واحد غير مزدوج)، NO⁺ 3، NO⁻ 2 (إلكترونان غير مزدوجين)
CO: HOMO وLUMO
14 إلكترونًا مثل N₂. مدار HOMO هو σ2p (3σ)، وهو في معظمه زوج حر على الكربون؛ وLUMO هو π*2p.
ولهذا يرتبط CO بالفلزات عبر الكربون ويستقبل الربط الراجع في π*.
رتبة الرابطة 3، دايامغناطيسي
He₂ وHe₂⁺
He₂: σ1s² σ*1s²، الرابطة = المضادة للربط. He₂⁺: σ1s² σ*1s¹.
BO = (2 − 1)/2 لـ He₂⁺.
رتبة الرابطة في He₂ 0 (غير مستقر)؛ وفي He₂⁺ ½
أخطاء شائعة
- ترتيب خاطئ لـ N₂ أو B₂. استخدام ترتيب O₂ لـ B₂ يتنبأ بجزيء دايامغناطيسي. وحتى 14 إلكترونًا يأتي π2p قبل σ2p.
- التزاوج المبكر. في زوج π أو π* متساوي الطاقة، يدخل أول إلكترونين مدارين منفصلين بلفّين متوازيين.
- نسيان الشحنة. الشحنة الموجبة تنزع إلكترونات (لـ O₂⁺ 15)، والسالبة تضيفها (لـ O₂²⁻ 18).
- الخلط بين عدّ إلكترونات اللب والتكافؤ. عدّ كل الإلكترونات أو إلكترونات التكافؤ فقط يعطي رتبة الرابطة نفسها، لأن زوج اللب σ1s وσ*1s يلغي أحدهما الآخر. فقط كن متسقًا.
- وصف رتبة الرابطة 0 بأنها رابطة ضعيفة. رتبة الرابطة 0 (He₂ وBe₂ وNe₂) تعني عدم وجود رابطة تساهمية صافية؛ ولا يُتوقع وجود النوع كجزيء مستقر.
- الظن أن البارامغناطيسية تتطلب عددًا فرديًا من الإلكترونات. لـ O₂ عدد زوجي من الإلكترونات ومع ذلك فهو بارامغناطيسي.
ترسم جزيئات للملاحظات أو الامتحانات؟ ارسم تراكيب لويس والرنين وآليات التفاعل في MolDraw، محرر البنى الكيميائية المجاني عبر الإنترنت.
افتح محرر MolDrawالأسئلة الشائعة
ما رتبة الرابطة في O₂؟
لـ O₂ 16 إلكترونًا: KK σ2s² σ*2s² σ2p² π2p⁴ π*2p². الإلكترونات الرابطة = 10 والمضادة للربط = 6 (مع حساب اللب 1s)، إذن رتبة الرابطة = (10 − 6)/2 = 2.
لماذا O₂ بارامغناطيسي؟
يدخل الإلكترونان الأخيران المدارين المتساويين في الطاقة π*2p. ووفق قاعدة هوند يشغلان مدارين منفصلين بلفّين متوازيين، لذا لـ O₂ إلكترونان غير مزدوجين وينجذب إلى المجال المغناطيسي.
لماذا يختلف ترتيب MO بين N₂ وO₂؟
في B وC وN يتقارب مستويا 2s و2p، فيدفع امتزاج s–p المدار σ2p فوق π2p. وفي O وF تكون الفجوة كبيرة فيبقى σ2p تحت π2p. وكقاعدة، تستخدم الأنواع التي لها 14 إلكترونًا أو أقل الترتيب الممتزج.
لماذا B₂ بارامغناطيسي بينما C₂ دايامغناطيسي؟
مع امتزاج s–p يقع π2p تحت σ2p. يضع B₂ (10 إلكترونات) إلكترونًا واحدًا في كل مدار π2p، فيكون له إلكترونان غير مزدوجين. ويملأ C₂ (12 إلكترونًا) مداري π2p كليهما، فتكون كل الإلكترونات مزدوجة.
ما رتبة الرابطة في NO وNO⁺ وNO⁻؟
لـ NO 15 إلكترونًا مع إلكترون واحد غير مزدوج في π*2p، فرتبة رابطته 2.5. ولـ NO⁺ (14 إلكترونًا) رتبة رابطة 3 وهو دايامغناطيسي. ولـ NO⁻ (16 إلكترونًا) رتبة رابطة 2 وإلكترونان غير مزدوجين، مثل O₂.
أي مدار هو HOMO في CO؟
مدار HOMO في CO هو σ2p (ويُسمى أيضًا 3σ)، وهو في معظمه زوج حر على الكربون. وLUMO هو π*2p. وهذا يفسر ارتباط CO بالفلزات عبر الكربون.
ما علاقة رتبة الرابطة بطول الرابطة وطاقتها؟
رتبة الرابطة الأعلى تعطي رابطة أقصر وأقوى. ففي سلسلة الأكسجين: O₂⁺ (2.5) 112 pm، وO₂ (2) 121 pm، وO₂⁻ (1.5) 133 pm، وO₂²⁻ (1) 149 pm.
أدوات كيمياء ذات صلة
آخر تحديث: