MolDraw › Strumenti di chimica › Generatore di diagrammi degli orbitali molecolari

Generatore di diagrammi degli orbitali molecolari

In breve: generatore di diagrammi degli orbitali molecolari per molecole e ioni biatomici da H₂ a Ne₂, più CO, NO, CN⁻ e HF. Usa l'ordine corretto degli orbitali (con o senza mescolamento s–p), riempie gli elettroni secondo la regola di Hund e fornisce ordine di legame, magnetismo, HOMO, LUMO e configurazione MO. È gratuito, funziona nel browser e non richiede download.

Scegli una molecola o uno ione biatomico per vedere il suo diagramma energetico MO con gli orbitali atomici ai lati, gli orbitali molecolari al centro e ogni elettrone disegnato come una freccia. Il riquadro dei risultati spiega passo per passo ordine di legame e magnetismo.

Risposta rapida: O₂ ha 16 elettroni: KK σ2s² σ*2s² σ2p² π2p⁴ π*2p². Ordine di legame = (10 − 6)/2 = 2, e i due elettroni π* sono spaiati, quindi O₂ è paramagnetico. N₂ (14 elettroni) ha ordine di legame 3 ed è diamagnetico.

Digita O2, N2+, O2 2-, NO, CO, CN- o HF, oppure scegli gli atomi qui sotto.

Esempi

Gli orbitali di legame sono verde acqua, quelli di antilegame rossi e quelli di non legame grigi. Le linee tratteggiate mostrano quali orbitali atomici si combinano. La scala delle energie è schematica.

Come usare il generatore di diagrammi MO

  1. Digita una molecola o uno ione biatomico in Molecola o ione, per esempio O2, N2+, O2 2- o CN-. Puoi anche scegliere Atomo 1, Atomo 2 e Carica, oppure premere un pulsante di esempio.
  2. Lascia Ordine degli orbitali su Automatico per usare la regola dei libri di testo, oppure imponi l'ordine con o senza mescolamento s–p per confrontare.
  3. Leggi ordine di legame, magnetismo, HOMO, LUMO e configurazione MO nel riquadro dei risultati. Il diagramma mostra gli elettroni come frecce.
  4. Premi Scarica SVG o Scarica PNG per salvare il diagramma per appunti, slide o schede di esercizi.

Come funziona un diagramma degli orbitali molecolari

Quando due atomi si legano, i loro orbitali atomici si combinano in orbitali molecolari (MO). Due orbitali atomici danno un MO di legame (a energia più bassa, con densità elettronica tra i nuclei) e un MO di antilegame (a energia più alta, indicato con *). La sovrapposizione frontale dà orbitali σ; la sovrapposizione laterale di orbitali p dà una coppia di orbitali π.

Ordine di legame = (elettroni negli MO di legame − elettroni negli MO di antilegame) / 2

Ordine degli orbitali per le molecole biatomiche del secondo periodo

SpecieOrdine degli MO di valenza (dal basso all'alto)
Da Li₂ a N₂, e ogni specie con 14 elettroni o meno (CO, CN⁻, NO⁺, N₂⁺)σ2s < σ*2s < π2p < σ2p < π*2p < σ*2p
O₂, F₂, Ne₂ e specie con più di 14 elettroni (O₂⁺, O₂⁻, NO)σ2s < σ*2s < σ2p < π2p < π*2p < σ*2p

L'inversione deriva dal mescolamento s–p. In B, C e N i livelli 2s e 2p sono vicini, quindi σ2s e σ2p interagiscono e σ2p viene spinto sopra π2p. In O e F il divario 2s–2p è grande, il mescolamento è debole e σ2p resta sotto π2p. Per le specie con 15 o più elettroni entrambi gli ordini danno lo stesso numero di elettroni in ogni orbitale, quindi ordine di legame e magnetismo non cambiano.

Regole di riempimento

Molecole biatomiche eteronucleari

In CO, NO e CN⁻ l'atomo più elettronegativo ha orbitali atomici a energia più bassa, quindi è disegnato più in basso a destra. Gli MO di legame sono più vicini a quell'atomo; quelli di antilegame sono più vicini all'atomo meno elettronegativo. In HF, l'orbitale 1s di H si sovrappone solo con l'orbitale 2p di F lungo il legame. Il 2s di F e gli altri due orbitali 2p di F restano doppietti liberi di non legame, quindi HF ha ordine di legame 1.

Ordine di legame, lunghezza e energia di legame a confronto

Un ordine di legame più alto significa un legame più corto e più forte. Lunghezze di legame approssimate in pm ed energie di dissociazione in kJ/mol:

SpecieElettroniOrdine di legameMagnetismo (spaiati)Lunghezza di legame (pm)Energia di legame (kJ/mol)
H₂⁺1½paramagnetico (1)106256
H₂21diamagnetico74436
He₂⁺3½paramagnetico (1)108230
He₂40diamagneticonon legatonon legato
Li₂61diamagnetico267105
Be₂80diamagnetico245circa 10
B₂101paramagnetico (2)159290
C₂122diamagnetico124599
N₂143diamagnetico110945
N₂⁺132½paramagnetico (1)112841
O₂⁺152½paramagnetico (1)112643
O₂162paramagnetico (2)121498
O₂⁻ (superossido)171½paramagnetico (1)133n/d
O₂²⁻ (perossido)181diamagnetico149n/d
F₂181diamagnetico142159
Ne₂200diamagneticonon legatonon legato
CO143diamagnetico1131076
NO⁺143diamagnetico1061050
CN⁻143diamagnetico116n/d
NO152½paramagnetico (1)115631
HF101diamagnetico92570

Andamento nella serie dell'ossigeno: O₂⁺ (2½, 112 pm) > O₂ (2, 121 pm) > O₂⁻ (1½, 133 pm) > O₂²⁻ (1, 149 pm). Le specie isoelettroniche (N₂, CO, CN⁻, NO⁺ con 14 elettroni) hanno tutte ordine di legame 3.

Esempi svolti

O₂: perché l'ossigeno liquido aderisce a un magnete

16 elettroni: KK σ2s² σ*2s² σ2p² π2p⁴ π*2p².

Di legame 10 (con σ1s), di antilegame 6. I due elettroni π* sono spaiati per la regola di Hund.

Ordine di legame 2, paramagnetico, 2 spaiati

N₂: il triplo legame

14 elettroni, ordine con mescolamento s–p: KK σ2s² σ*2s² π2p⁴ σ2p².

Ordine di legame = (10 − 4)/2.

Ordine di legame 3, diamagnetico, HOMO σ2p

B₂ e C₂ (classici di JEE e NEET)

B₂ (10 e): π2p¹ π2p¹ dà 2 elettroni spaiati. C₂ (12 e): π2p⁴, tutti appaiati.

Senza mescolamento s–p B₂ sarebbe diamagnetico, in disaccordo con l'esperimento.

B₂ paramagnetico (OL 1); C₂ diamagnetico (OL 2)

NO, NO⁺ e NO⁻

NO ha 15 elettroni: un elettrone in π*2p. NO⁺ (14) lo perde; NO⁻ (16) è come O₂.

OL = (10 − 5)/2 per NO.

NO 2½ (1 spaiato), NO⁺ 3, NO⁻ 2 (2 spaiati)

CO: HOMO e LUMO

14 elettroni come N₂. L'HOMO è σ2p (3σ), in gran parte un doppietto libero del carbonio; il LUMO è π*2p.

Per questo CO si lega ai metalli attraverso il carbonio e accetta retrodonazione nel π*.

Ordine di legame 3, diamagnetico

He₂ e He₂⁺

He₂: σ1s² σ*1s², legame = antilegame. He₂⁺: σ1s² σ*1s¹.

OL = (2 − 1)/2 per He₂⁺.

He₂ ordine di legame 0 (non stabile); He₂⁺ ordine di legame ½

Errori comuni

Disegni molecole per appunti o esami? Disegna strutture di Lewis, risonanza e meccanismi di reazione in MolDraw, un editor di strutture chimiche online gratuito.

Apri l'editor MolDraw

Domande frequenti

Qual è l'ordine di legame di O₂?

O₂ ha 16 elettroni: KK σ2s² σ*2s² σ2p² π2p⁴ π*2p². Elettroni di legame = 10 e di antilegame = 6 (contando il core 1s), quindi ordine di legame = (10 − 6)/2 = 2.

Perché O₂ è paramagnetico?

Gli ultimi due elettroni vanno nei due orbitali π*2p degeneri. Per la regola di Hund occupano orbitali separati con spin paralleli, quindi O₂ ha 2 elettroni spaiati ed è attratto da un campo magnetico.

Perché l'ordine degli MO è diverso per N₂ e O₂?

In B, C e N i livelli 2s e 2p sono vicini, quindi il mescolamento s–p spinge σ2p sopra π2p. In O e F il divario è grande e σ2p resta sotto π2p. Come regola, le specie con 14 elettroni o meno usano l'ordine con mescolamento.

Perché B₂ è paramagnetico ma C₂ diamagnetico?

Con il mescolamento s–p, π2p si trova sotto σ2p. B₂ (10 elettroni) mette un elettrone in ciascun orbitale π2p, con 2 elettroni spaiati. C₂ (12 elettroni) riempie entrambi gli orbitali π2p, quindi tutti gli elettroni sono appaiati.

Qual è l'ordine di legame di NO, NO⁺ e NO⁻?

NO ha 15 elettroni con un elettrone spaiato in π*2p, quindi ordine di legame 2,5. NO⁺ (14 elettroni) ha ordine di legame 3 ed è diamagnetico. NO⁻ (16 elettroni) ha ordine di legame 2 e due elettroni spaiati, come O₂.

Quale orbitale è l'HOMO di CO?

L'HOMO di CO è l'orbitale σ2p (detto anche 3σ), che è in gran parte un doppietto libero sul carbonio. Il LUMO è π*2p. Questo spiega perché CO si lega ai metalli attraverso il carbonio.

Come si collega l'ordine di legame alla lunghezza e all'energia di legame?

Un ordine di legame più alto dà un legame più corto e più forte. Per la serie dell'ossigeno: O₂⁺ (2,5) 112 pm, O₂ (2) 121 pm, O₂⁻ (1,5) 133 pm e O₂²⁻ (1) 149 pm.

Strumenti di chimica correlati

Ultimo aggiornamento: