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.
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
- Digita una molecola o uno ione biatomico in Molecola o ione, per esempio
O2,N2+,O2 2-oCN-. Puoi anche scegliere Atomo 1, Atomo 2 e Carica, oppure premere un pulsante di esempio. - 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.
- Leggi ordine di legame, magnetismo, HOMO, LUMO e configurazione MO nel riquadro dei risultati. Il diagramma mostra gli elettroni come frecce.
- 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
| Specie | Ordine 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
- Aufbau: riempi prima l'MO più basso. Ogni orbitale contiene due elettroni con spin opposti (principio di Pauli).
- Regola di Hund: in una coppia degenere come π*2p, metti un elettrone in ciascun orbitale prima di appaiarli. Per questo O₂ ha due elettroni spaiati.
- Magnetismo: qualsiasi elettrone spaiato rende la specie paramagnetica (attratta da un magnete). Tutti gli elettroni appaiati significa diamagnetica.
- HOMO e LUMO: gli MO occupato più alto e non occupato più basso. Un HOMO semipieno si chiama anche SOMO (MO a occupazione singola).
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:
| Specie | Elettroni | Ordine di legame | Magnetismo (spaiati) | Lunghezza di legame (pm) | Energia di legame (kJ/mol) |
|---|---|---|---|---|---|
| H₂⁺ | 1 | ½ | paramagnetico (1) | 106 | 256 |
| H₂ | 2 | 1 | diamagnetico | 74 | 436 |
| He₂⁺ | 3 | ½ | paramagnetico (1) | 108 | 230 |
| He₂ | 4 | 0 | diamagnetico | non legato | non legato |
| Li₂ | 6 | 1 | diamagnetico | 267 | 105 |
| Be₂ | 8 | 0 | diamagnetico | 245 | circa 10 |
| B₂ | 10 | 1 | paramagnetico (2) | 159 | 290 |
| C₂ | 12 | 2 | diamagnetico | 124 | 599 |
| N₂ | 14 | 3 | diamagnetico | 110 | 945 |
| N₂⁺ | 13 | 2½ | paramagnetico (1) | 112 | 841 |
| O₂⁺ | 15 | 2½ | paramagnetico (1) | 112 | 643 |
| O₂ | 16 | 2 | paramagnetico (2) | 121 | 498 |
| O₂⁻ (superossido) | 17 | 1½ | paramagnetico (1) | 133 | n/d |
| O₂²⁻ (perossido) | 18 | 1 | diamagnetico | 149 | n/d |
| F₂ | 18 | 1 | diamagnetico | 142 | 159 |
| Ne₂ | 20 | 0 | diamagnetico | non legato | non legato |
| CO | 14 | 3 | diamagnetico | 113 | 1076 |
| NO⁺ | 14 | 3 | diamagnetico | 106 | 1050 |
| CN⁻ | 14 | 3 | diamagnetico | 116 | n/d |
| NO | 15 | 2½ | paramagnetico (1) | 115 | 631 |
| HF | 10 | 1 | diamagnetico | 92 | 570 |
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
- Ordine sbagliato per N₂ o B₂. Usare l'ordine di O₂ per B₂ prevede una molecola diamagnetica. Fino a 14 elettroni, π2p viene prima di σ2p.
- Appaiare troppo presto. In una coppia degenere π o π*, i primi due elettroni vanno in orbitali separati con spin paralleli.
- Dimenticare la carica. Una carica positiva toglie elettroni (O₂⁺ ne ha 15), una negativa li aggiunge (O₂²⁻ ne ha 18).
- Confondere i conteggi di core e valenza. Contare tutti gli elettroni o solo quelli di valenza dà lo stesso ordine di legame, perché la coppia di core σ1s e σ*1s si annulla. Basta essere coerenti.
- Chiamare legame debole un ordine di legame 0. Ordine di legame 0 (He₂, Be₂, Ne₂) significa nessun legame covalente netto; la specie non dovrebbe esistere come molecola stabile.
- Pensare che il paramagnetismo richieda un numero dispari di elettroni. O₂ ha un numero pari di elettroni ed è comunque paramagnetico.
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 MolDrawDomande 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: