MolDraw › Narzędzia chemiczne › Generator diagramów orbitali molekularnych

Generator diagramów orbitali molekularnych

W skrócie: generator diagramów orbitali molekularnych dla cząsteczek i jonów dwuatomowych od H₂ do Ne₂ oraz CO, NO, CN⁻ i HF. Stosuje właściwą kolejność orbitali (z mieszaniem s–p lub bez), obsadza elektrony zgodnie z regułą Hunda i podaje rząd wiązania, magnetyzm, HOMO, LUMO i konfigurację MO. Narzędzie jest darmowe, działa w przeglądarce i nie wymaga instalacji.

Wybierz cząsteczkę lub jon dwuatomowy, aby zobaczyć diagram energetyczny MO z orbitalami atomowymi po obu stronach, orbitalami molekularnymi pośrodku i każdym elektronem narysowanym jako strzałka. Pole wyniku wyjaśnia krok po kroku rząd wiązania i magnetyzm.

Krótka odpowiedź: O₂ ma 16 elektronów: KK σ2s² σ*2s² σ2p² π2p⁴ π*2p². Rząd wiązania = (10 − 6)/2 = 2, a dwa elektrony π* są niesparowane, więc O₂ jest paramagnetyczny. N₂ (14 elektronów) ma rząd wiązania 3 i jest diamagnetyczny.

Wpisz O2, N2+, O2 2-, NO, CO, CN- lub HF albo wybierz atomy poniżej.

Przykłady

Orbitale wiążące są morskie, antywiążące czerwone, a niewiążące szare. Linie przerywane pokazują, które orbitale atomowe się łączą. Skala energii jest schematyczna.

Jak korzystać z generatora diagramów MO

  1. Wpisz cząsteczkę lub jon dwuatomowy w polu Cząsteczka lub jon, np. O2, N2+, O2 2- lub CN-. Możesz też wybrać Atom 1, Atom 2 i Ładunek albo nacisnąć przycisk z przykładem.
  2. Zostaw Kolejność orbitali na Automatyczna, aby użyć reguły podręcznikowej, albo wymuś kolejność z mieszaniem s–p lub bez, aby porównać.
  3. Odczytaj rząd wiązania, magnetyzm, HOMO, LUMO i konfigurację MO w polu wyniku. Diagram pokazuje elektrony jako strzałki.
  4. Naciśnij Pobierz SVG lub Pobierz PNG, aby zapisać diagram do notatek, prezentacji lub kart pracy.

Jak działa diagram orbitali molekularnych

Gdy dwa atomy tworzą wiązanie, ich orbitale atomowe łączą się w orbitale molekularne (MO). Dwa orbitale atomowe dają jeden orbital wiążący (o niższej energii, z gęstością elektronową między jądrami) i jeden antywiążący (o wyższej energii, oznaczony *). Nakładanie czołowe daje orbitale σ; boczne nakładanie orbitali p daje parę orbitali π.

Rząd wiązania = (elektrony na MO wiążących − elektrony na MO antywiążących) / 2

Kolejność orbitali dla cząsteczek dwuatomowych drugiego okresu

DrobinaKolejność walencyjnych MO (od najniższego)
Od Li₂ do N₂ oraz każda drobina z 14 lub mniej elektronami (CO, CN⁻, NO⁺, N₂⁺)σ2s < σ*2s < π2p < σ2p < π*2p < σ*2p
O₂, F₂, Ne₂ i drobiny z więcej niż 14 elektronami (O₂⁺, O₂⁻, NO)σ2s < σ*2s < σ2p < π2p < π*2p < σ*2p

Zmiana wynika z mieszania s–p. W B, C i N poziomy 2s i 2p leżą blisko, więc σ2s i σ2p oddziałują ze sobą i σ2p zostaje przesunięty powyżej π2p. W O i F różnica 2s–2p jest duża, mieszanie słabe i σ2p pozostaje poniżej π2p. Dla drobin z 15 lub więcej elektronami obie kolejności dają tę samą liczbę elektronów na każdym orbitalu, więc rząd wiązania i magnetyzm się nie zmieniają.

Zasady obsadzania

Heterojądrowe cząsteczki dwuatomowe

W CO, NO i CN⁻ atom bardziej elektroujemny ma orbitale atomowe o niższej energii, więc rysuje się go niżej po prawej. MO wiążące leżą bliżej tego atomu; MO antywiążące bliżej atomu mniej elektroujemnego. W HF orbital 1s wodoru nakłada się tylko z orbitalem 2p fluoru wzdłuż wiązania. Orbital 2s fluoru i dwa pozostałe orbitale 2p fluoru pozostają niewiążącymi wolnymi parami, więc HF ma rząd wiązania 1.

Porównanie rzędu, długości i energii wiązania

Wyższy rząd wiązania oznacza krótsze i silniejsze wiązanie. Przybliżone długości wiązań w pm i energie dysocjacji wiązań w kJ/mol:

DrobinaElektronyRząd wiązaniaMagnetyzm (niesparowane)Długość wiązania (pm)Energia wiązania (kJ/mol)
H₂⁺1½paramagnetyczny (1)106256
H₂21diamagnetyczny74436
He₂⁺3½paramagnetyczny (1)108230
He₂40diamagnetycznybrak wiązaniabrak wiązania
Li₂61diamagnetyczny267105
Be₂80diamagnetyczny245około 10
B₂101paramagnetyczny (2)159290
C₂122diamagnetyczny124599
N₂143diamagnetyczny110945
N₂⁺132½paramagnetyczny (1)112841
O₂⁺152½paramagnetyczny (1)112643
O₂162paramagnetyczny (2)121498
O₂⁻ (ponadtlenek)171½paramagnetyczny (1)133n/d
O₂²⁻ (nadtlenek)181diamagnetyczny149n/d
F₂181diamagnetyczny142159
Ne₂200diamagnetycznybrak wiązaniabrak wiązania
CO143diamagnetyczny1131076
NO⁺143diamagnetyczny1061050
CN⁻143diamagnetyczny116n/d
NO152½paramagnetyczny (1)115631
HF101diamagnetyczny92570

Trend w serii tlenu: O₂⁺ (2½, 112 pm) > O₂ (2, 121 pm) > O₂⁻ (1½, 133 pm) > O₂²⁻ (1, 149 pm). Drobiny izoelektronowe (N₂, CO, CN⁻, NO⁺ z 14 elektronami) mają rząd wiązania 3.

Rozwiązane przykłady

O₂: dlaczego ciekły tlen przylega do magnesu

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

Wiążące 10 (z σ1s), antywiążące 6. Dwa elektrony π* są niesparowane zgodnie z regułą Hunda.

Rząd wiązania 2, paramagnetyczny, 2 niesparowane

N₂: wiązanie potrójne

14 elektronów, kolejność z mieszaniem s–p: KK σ2s² σ*2s² π2p⁴ σ2p².

Rząd wiązania = (10 − 4)/2.

Rząd wiązania 3, diamagnetyczny, HOMO σ2p

B₂ i C₂ (ulubieńcy JEE i NEET)

B₂ (10 e): π2p¹ π2p¹ daje 2 niesparowane elektrony. C₂ (12 e): π2p⁴, wszystkie sparowane.

Bez mieszania s–p B₂ byłby diamagnetyczny, co przeczy doświadczeniu.

B₂ paramagnetyczny (RW 1); C₂ diamagnetyczny (RW 2)

NO, NO⁺ i NO⁻

NO ma 15 elektronów: jeden elektron na π*2p. NO⁺ (14) go traci; NO⁻ (16) jest jak O₂.

RW = (10 − 5)/2 dla NO.

NO 2½ (1 niesparowany), NO⁺ 3, NO⁻ 2 (2 niesparowane)

CO: HOMO i LUMO

14 elektronów jak N₂. HOMO to σ2p (3σ), głównie wolna para węgla; LUMO to π*2p.

Dlatego CO wiąże się z metalami przez węgiel i przyjmuje wiązanie zwrotne na π*.

Rząd wiązania 3, diamagnetyczny

He₂ i He₂⁺

He₂: σ1s² σ*1s², wiążące = antywiążące. He₂⁺: σ1s² σ*1s¹.

RW = (2 − 1)/2 dla He₂⁺.

He₂ rząd wiązania 0 (nietrwały); He₂⁺ rząd wiązania ½

Częste błędy

Rysujesz cząsteczki do notatek lub na egzamin? Rysuj wzory Lewisa, struktury rezonansowe i mechanizmy reakcji w MolDraw, darmowym edytorze struktur chemicznych online.

Otwórz edytor MolDraw

Najczęściej zadawane pytania

Jaki jest rząd wiązania w O₂?

O₂ ma 16 elektronów: KK σ2s² σ*2s² σ2p² π2p⁴ π*2p². Elektronów wiążących jest 10, a antywiążących 6 (licząc rdzeń 1s), więc rząd wiązania = (10 − 6)/2 = 2.

Dlaczego O₂ jest paramagnetyczny?

Dwa ostatnie elektrony trafiają na dwa zdegenerowane orbitale π*2p. Zgodnie z regułą Hunda zajmują osobne orbitale z równoległymi spinami, więc O₂ ma 2 niesparowane elektrony i jest wciągany w pole magnetyczne.

Dlaczego kolejność MO jest inna dla N₂ i O₂?

W B, C i N poziomy 2s i 2p leżą blisko siebie, więc mieszanie s–p przesuwa σ2p powyżej π2p. W O i F różnica jest duża i σ2p pozostaje poniżej π2p. Zasadniczo drobiny z 14 lub mniej elektronami mają kolejność z mieszaniem.

Dlaczego B₂ jest paramagnetyczny, a C₂ diamagnetyczny?

Przy mieszaniu s–p orbital π2p leży poniżej σ2p. B₂ (10 elektronów) umieszcza po jednym elektronie na każdym orbitalu π2p, co daje 2 niesparowane elektrony. C₂ (12 elektronów) zapełnia oba orbitale π2p, więc wszystkie elektrony są sparowane.

Jaki jest rząd wiązania w NO, NO⁺ i NO⁻?

NO ma 15 elektronów z jednym niesparowanym elektronem na π*2p, więc rząd wiązania wynosi 2,5. NO⁺ (14 elektronów) ma rząd wiązania 3 i jest diamagnetyczny. NO⁻ (16 elektronów) ma rząd wiązania 2 i dwa niesparowane elektrony, jak O₂.

Który orbital jest HOMO w CO?

HOMO w CO to orbital σ2p (zwany też 3σ), który jest głównie wolną parą na węglu. LUMO to π*2p. Wyjaśnia to, dlaczego CO wiąże się z metalami przez węgiel.

Jak rząd wiązania wiąże się z długością i energią wiązania?

Wyższy rząd wiązania daje krótsze i silniejsze wiązanie. Dla serii tlenu: O₂⁺ (2,5) 112 pm, O₂ (2) 121 pm, O₂⁻ (1,5) 133 pm i O₂²⁻ (1) 149 pm.

Powiązane narzędzia chemiczne

Ostatnia aktualizacja: