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.
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
- Wpisz cząsteczkę lub jon dwuatomowy w polu Cząsteczka lub jon, np.
O2,N2+,O2 2-lubCN-. Możesz też wybrać Atom 1, Atom 2 i Ładunek albo nacisnąć przycisk z przykładem. - Zostaw Kolejność orbitali na Automatyczna, aby użyć reguły podręcznikowej, albo wymuś kolejność z mieszaniem s–p lub bez, aby porównać.
- Odczytaj rząd wiązania, magnetyzm, HOMO, LUMO i konfigurację MO w polu wyniku. Diagram pokazuje elektrony jako strzałki.
- 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
| Drobina | Kolejność 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
- Reguła rozbudowy (aufbau): najpierw zapełniaj najniższy MO. Każdy orbital mieści dwa elektrony o przeciwnych spinach (zakaz Pauliego).
- Reguła Hunda: w zdegenerowanej parze, np. π*2p, umieść po jednym elektronie na każdym orbitalu przed sparowaniem. Dlatego O₂ ma dwa niesparowane elektrony.
- Magnetyzm: każdy niesparowany elektron czyni drobinę paramagnetyczną (przyciąganą przez magnes). Wszystkie elektrony sparowane oznaczają diamagnetyzm.
- HOMO i LUMO: najwyższy obsadzony i najniższy nieobsadzony MO. Do połowy zapełniony HOMO nazywa się też SOMO (pojedynczo obsadzony MO).
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:
| Drobina | Elektrony | Rząd wiązania | Magnetyzm (niesparowane) | Długość wiązania (pm) | Energia wiązania (kJ/mol) |
|---|---|---|---|---|---|
| H₂⁺ | 1 | ½ | paramagnetyczny (1) | 106 | 256 |
| H₂ | 2 | 1 | diamagnetyczny | 74 | 436 |
| He₂⁺ | 3 | ½ | paramagnetyczny (1) | 108 | 230 |
| He₂ | 4 | 0 | diamagnetyczny | brak wiązania | brak wiązania |
| Li₂ | 6 | 1 | diamagnetyczny | 267 | 105 |
| Be₂ | 8 | 0 | diamagnetyczny | 245 | około 10 |
| B₂ | 10 | 1 | paramagnetyczny (2) | 159 | 290 |
| C₂ | 12 | 2 | diamagnetyczny | 124 | 599 |
| N₂ | 14 | 3 | diamagnetyczny | 110 | 945 |
| N₂⁺ | 13 | 2½ | paramagnetyczny (1) | 112 | 841 |
| O₂⁺ | 15 | 2½ | paramagnetyczny (1) | 112 | 643 |
| O₂ | 16 | 2 | paramagnetyczny (2) | 121 | 498 |
| O₂⁻ (ponadtlenek) | 17 | 1½ | paramagnetyczny (1) | 133 | n/d |
| O₂²⁻ (nadtlenek) | 18 | 1 | diamagnetyczny | 149 | n/d |
| F₂ | 18 | 1 | diamagnetyczny | 142 | 159 |
| Ne₂ | 20 | 0 | diamagnetyczny | brak wiązania | brak wiązania |
| CO | 14 | 3 | diamagnetyczny | 113 | 1076 |
| NO⁺ | 14 | 3 | diamagnetyczny | 106 | 1050 |
| CN⁻ | 14 | 3 | diamagnetyczny | 116 | n/d |
| NO | 15 | 2½ | paramagnetyczny (1) | 115 | 631 |
| HF | 10 | 1 | diamagnetyczny | 92 | 570 |
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
- Zła kolejność dla N₂ lub B₂. Użycie kolejności O₂ dla B₂ przewiduje cząsteczkę diamagnetyczną. Do 14 elektronów π2p jest przed σ2p.
- Zbyt wczesne parowanie. W zdegenerowanej parze π lub π* dwa pierwsze elektrony trafiają na osobne orbitale z równoległymi spinami.
- Zapominanie o ładunku. Ładunek dodatni usuwa elektrony (O₂⁺ ma 15), ujemny je dodaje (O₂²⁻ ma 18).
- Mylenie liczenia rdzenia i elektronów walencyjnych. Liczenie wszystkich elektronów albo tylko walencyjnych daje ten sam rząd wiązania, bo para rdzeniowa σ1s i σ*1s się znosi. Bądź po prostu konsekwentny.
- Nazywanie rzędu wiązania 0 słabym wiązaniem. Rząd wiązania 0 (He₂, Be₂, Ne₂) oznacza brak wypadkowego wiązania kowalencyjnego; drobina nie powinna istnieć jako trwała cząsteczka.
- Myślenie, że paramagnetyzm wymaga nieparzystej liczby elektronów. O₂ ma parzystą liczbę elektronów, a mimo to jest paramagnetyczny.
Rysujesz cząsteczki do notatek lub na egzamin? Rysuj wzory Lewisa, struktury rezonansowe i mechanizmy reakcji w MolDraw, darmowym edytorze struktur chemicznych online.
Otwórz edytor MolDrawNajczęściej 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: