MolDraw › เครื่องมือเคมี › เครื่องสร้างแผนภาพออร์บิทัลเชิงโมเลกุล

เครื่องมือสร้างแผนภาพออร์บิทัลเชิงโมเลกุล

สรุปสั้น ๆ: เครื่องสร้างแผนภาพออร์บิทัลเชิงโมเลกุลสำหรับโมเลกุลและไอออนอะตอมคู่ตั้งแต่ H₂ ถึง Ne₂ รวมถึง CO, NO, CN⁻ และ HF ใช้ลำดับออร์บิทัลที่ถูกต้อง (มีหรือไม่มี s–p mixing) บรรจุอิเล็กตรอนตามกฎของฮุนด์ และบอกอันดับพันธะ สมบัติแม่เหล็ก HOMO, LUMO และการจัดเรียง MO ใช้งานฟรี ทำงานในเว็บเบราว์เซอร์ และไม่ต้องดาวน์โหลด

เลือกโมเลกุลหรือไอออนอะตอมคู่เพื่อดูแผนภาพระดับพลังงาน MO โดยมีออร์บิทัลเชิงอะตอมอยู่สองข้าง ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลอยู่ตรงกลาง และวาดอิเล็กตรอนทุกตัวเป็นลูกศร กล่องผลลัพธ์อธิบายอันดับพันธะและสมบัติแม่เหล็กทีละขั้นตอน

คำตอบโดยย่อ: O₂ มี 16 อิเล็กตรอน: KK σ2s² σ*2s² σ2p² π2p⁴ π*2p² อันดับพันธะ = (10 − 6)/2 = 2 และอิเล็กตรอน π* สองตัวไม่เป็นคู่ O₂ จึงเป็นพาราแมกเนติก ส่วน N₂ (14 อิเล็กตรอน) มีอันดับพันธะ 3 และเป็นไดอะแมกเนติก

พิมพ์ O2, N2+, O2 2-, NO, CO, CN- หรือ HF หรือเลือกอะตอมด้านล่าง

ตัวอย่าง

ออร์บิทัลพันธะเป็นสีเขียวอมฟ้า ออร์บิทัลต้านพันธะเป็นสีแดง และออร์บิทัลไม่สร้างพันธะเป็นสีเทา เส้นประแสดงว่าออร์บิทัลเชิงอะตอมใดรวมกัน มาตราส่วนพลังงานเป็นเพียงแผนภาพโดยประมาณ

วิธีใช้เครื่องสร้างแผนภาพ MO

  1. พิมพ์โมเลกุลหรือไอออนอะตอมคู่ในช่อง โมเลกุลหรือไอออน เช่น O2, N2+, O2 2- หรือ CN- หรือเลือก อะตอม 1, อะตอม 2 และ ประจุ หรือกดปุ่มตัวอย่าง
  2. ตั้ง ลำดับออร์บิทัล ไว้ที่ อัตโนมัติ เพื่อใช้กฎตามตำราเรียน หรือบังคับลำดับแบบมีหรือไม่มี s–p mixing เพื่อเปรียบเทียบ
  3. อ่านอันดับพันธะ สมบัติแม่เหล็ก HOMO, LUMO และการจัดเรียง MO ในกล่องผลลัพธ์ แผนภาพแสดงอิเล็กตรอนเป็นลูกศร
  4. กด ดาวน์โหลด SVG หรือ ดาวน์โหลด PNG เพื่อบันทึกแผนภาพไว้ใช้ในสมุดโน้ต สไลด์ หรือใบงาน

แผนภาพออร์บิทัลเชิงโมเลกุลทำงานอย่างไร

เมื่ออะตอมสองอะตอมสร้างพันธะ ออร์บิทัลเชิงอะตอมจะรวมกันเป็นออร์บิทัลเชิงโมเลกุล (MO) ออร์บิทัลเชิงอะตอมสองออร์บิทัลให้ MO พันธะ (bonding) หนึ่งออร์บิทัล (พลังงานต่ำกว่า ความหนาแน่นอิเล็กตรอนอยู่ระหว่างนิวเคลียส) และ MO ต้านพันธะ (antibonding) หนึ่งออร์บิทัล (พลังงานสูงกว่า ทำเครื่องหมาย *) การซ้อนเหลื่อมแบบหัวชนหัวให้ออร์บิทัล σ ส่วนการซ้อนเหลื่อมด้านข้างของออร์บิทัล p ให้ออร์บิทัล π หนึ่งคู่

อันดับพันธะ = (อิเล็กตรอนใน MO พันธะ − อิเล็กตรอนใน MO ต้านพันธะ) / 2

ลำดับออร์บิทัลของโมเลกุลอะตอมคู่ในคาบที่ 2

สปีชีส์ลำดับ MO เวเลนซ์ (ต่ำไปสูง)
Li₂ ถึง N₂ และสปีชีส์ใดที่มีอิเล็กตรอนไม่เกิน 14 ตัว (CO, CN⁻, NO⁺, N₂⁺)σ2s < σ*2s < π2p < σ2p < π*2p < σ*2p
O₂, F₂, Ne₂ และสปีชีส์ที่มีอิเล็กตรอนมากกว่า 14 ตัว (O₂⁺, O₂⁻, NO)σ2s < σ*2s < σ2p < π2p < π*2p < σ*2p

การสลับลำดับเกิดจาก s–p mixing ใน B, C และ N ระดับ 2s และ 2p อยู่ใกล้กัน σ2s และ σ2p จึงอันตรกิริยากัน และ σ2p ถูกดันให้สูงกว่า π2p ใน O และ F ช่องว่าง 2s–2p กว้าง การผสมจึงอ่อน และ σ2p ยังต่ำกว่า π2p สำหรับสปีชีส์ที่มีอิเล็กตรอน 15 ตัวขึ้นไป ทั้งสองลำดับให้จำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละออร์บิทัลเท่ากัน อันดับพันธะและสมบัติแม่เหล็กจึงไม่เปลี่ยน

กฎการบรรจุอิเล็กตรอน

โมเลกุลอะตอมคู่ต่างนิวเคลียส

ใน CO, NO และ CN⁻ อะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่ามีออร์บิทัลเชิงอะตอมพลังงานต่ำกว่า จึงวาดไว้ต่ำกว่าทางด้านขวา MO พันธะอยู่ใกล้อะตอมนั้นมากกว่า ส่วน MO ต้านพันธะอยู่ใกล้อะตอมที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่ำกว่า ใน HF ออร์บิทัล 1s ของ H ซ้อนเหลื่อมเฉพาะกับออร์บิทัล 2p ของ F ตามแนวพันธะ ส่วน 2s ของ F และ 2p อีกสองออร์บิทัลยังเป็นอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวที่ไม่สร้างพันธะ HF จึงมีอันดับพันธะ 1

เปรียบเทียบอันดับพันธะ ความยาวพันธะ และพลังงานพันธะ

อันดับพันธะสูงขึ้นหมายถึงพันธะสั้นลงและแข็งแรงขึ้น ความยาวพันธะโดยประมาณเป็น pm และพลังงานสลายพันธะเป็น kJ/mol:

สปีชีส์อิเล็กตรอนอันดับพันธะสมบัติแม่เหล็ก (ไม่เป็นคู่)ความยาวพันธะ (pm)พลังงานพันธะ (kJ/mol)
H₂⁺1½พาราแมกเนติก (1)106256
H₂21ไดอะแมกเนติก74436
He₂⁺3½พาราแมกเนติก (1)108230
He₂40ไดอะแมกเนติกไม่เกิดพันธะไม่เกิดพันธะ
Li₂61ไดอะแมกเนติก267105
Be₂80ไดอะแมกเนติก245ประมาณ 10
B₂101พาราแมกเนติก (2)159290
C₂122ไดอะแมกเนติก124599
N₂143ไดอะแมกเนติก110945
N₂⁺132½พาราแมกเนติก (1)112841
O₂⁺152½พาราแมกเนติก (1)112643
O₂162พาราแมกเนติก (2)121498
O₂⁻ (ซูเปอร์ออกไซด์)171½พาราแมกเนติก (1)133ไม่มีข้อมูล
O₂²⁻ (เพอร์ออกไซด์)181ไดอะแมกเนติก149ไม่มีข้อมูล
F₂181ไดอะแมกเนติก142159
Ne₂200ไดอะแมกเนติกไม่เกิดพันธะไม่เกิดพันธะ
CO143ไดอะแมกเนติก1131076
NO⁺143ไดอะแมกเนติก1061050
CN⁻143ไดอะแมกเนติก116ไม่มีข้อมูล
NO152½พาราแมกเนติก (1)115631
HF101ไดอะแมกเนติก92570

แนวโน้มในอนุกรมของออกซิเจน: O₂⁺ (2½, 112 pm) > O₂ (2, 121 pm) > O₂⁻ (1½, 133 pm) > O₂²⁻ (1, 149 pm) สปีชีส์ที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน (N₂, CO, CN⁻, NO⁺ ที่มี 14 อิเล็กตรอน) ล้วนมีอันดับพันธะ 3

ตัวอย่างโจทย์

O₂: ทำไมออกซิเจนเหลวจึงติดแม่เหล็ก

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

พันธะ 10 (รวม σ1s) ต้านพันธะ 6 อิเล็กตรอน π* สองตัวไม่เป็นคู่ตามกฎของฮุนด์

อันดับพันธะ 2 พาราแมกเนติก ไม่เป็นคู่ 2 ตัว

N₂: พันธะสาม

14 อิเล็กตรอน ลำดับแบบมี s–p mixing: KK σ2s² σ*2s² π2p⁴ σ2p²

อันดับพันธะ = (10 − 4)/2

อันดับพันธะ 3 ไดอะแมกเนติก HOMO คือ σ2p

B₂ และ C₂ (ออกสอบบ่อยใน JEE และ NEET)

B₂ (10 e): π2p¹ π2p¹ ให้อิเล็กตรอนไม่เป็นคู่ 2 ตัว C₂ (12 e): π2p⁴ เป็นคู่ทั้งหมด

หากไม่มี s–p mixing B₂ จะเป็นไดอะแมกเนติก ซึ่งขัดกับผลการทดลอง

B₂ พาราแมกเนติก (BO 1); C₂ ไดอะแมกเนติก (BO 2)

NO, NO⁺ และ NO⁻

NO มี 15 อิเล็กตรอน: มีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวใน π*2p NO⁺ (14) เสียอิเล็กตรอนตัวนั้นไป ส่วน NO⁻ (16) เหมือน O₂

BO = (10 − 5)/2 สำหรับ NO

NO 2½ (ไม่เป็นคู่ 1 ตัว), NO⁺ 3, NO⁻ 2 (ไม่เป็นคู่ 2 ตัว)

CO: HOMO และ LUMO

14 อิเล็กตรอนเหมือน N₂ HOMO คือ σ2p (3σ) ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวของคาร์บอน ส่วน LUMO คือ π*2p

นี่คือเหตุผลที่ CO จับกับโลหะผ่านคาร์บอนและรับพันธะย้อนกลับ (back-bonding) เข้าสู่ π*

อันดับพันธะ 3 ไดอะแมกเนติก

He₂ และ He₂⁺

He₂: σ1s² σ*1s² พันธะ = ต้านพันธะ He₂⁺: σ1s² σ*1s¹

BO = (2 − 1)/2 สำหรับ He₂⁺

He₂ อันดับพันธะ 0 (ไม่เสถียร); He₂⁺ อันดับพันธะ ½

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

วาดโมเลกุลสำหรับสมุดโน้ตหรือข้อสอบ? วาดโครงสร้างลิวอิส เรโซแนนซ์ และกลไกปฏิกิริยาใน MolDraw ตัวแก้ไขโครงสร้างเคมีออนไลน์ฟรี

เปิดตัวแก้ไข MolDraw

คำถามที่พบบ่อย

อันดับพันธะของ O₂ เป็นเท่าใด?

O₂ มี 16 อิเล็กตรอน: KK σ2s² σ*2s² σ2p² π2p⁴ π*2p² อิเล็กตรอนในออร์บิทัลพันธะ = 10 และในออร์บิทัลต้านพันธะ = 6 (นับรวมแกน 1s) ดังนั้นอันดับพันธะ = (10 − 6)/2 = 2

ทำไม O₂ จึงเป็นพาราแมกเนติก?

อิเล็กตรอนสองตัวสุดท้ายเข้าไปในออร์บิทัล π*2p สองออร์บิทัลที่มีพลังงานเท่ากัน ตามกฎของฮุนด์ อิเล็กตรอนจะอยู่แยกออร์บิทัลกันโดยมีสปินขนาน O₂ จึงมีอิเล็กตรอนไม่เป็นคู่ 2 ตัว และถูกดึงดูดเข้าหาสนามแม่เหล็ก

ทำไมลำดับ MO ของ N₂ และ O₂ จึงต่างกัน?

ใน B, C และ N ระดับพลังงาน 2s และ 2p อยู่ใกล้กัน s–p mixing จึงดัน σ2p ให้สูงกว่า π2p ส่วนใน O และ F ช่องว่างพลังงานกว้าง σ2p จึงยังต่ำกว่า π2p โดยหลักทั่วไป สปีชีส์ที่มีอิเล็กตรอนไม่เกิน 14 ตัวใช้ลำดับแบบมีการผสม

ทำไม B₂ เป็นพาราแมกเนติก แต่ C₂ เป็นไดอะแมกเนติก?

เมื่อมี s–p mixing ออร์บิทัล π2p จะต่ำกว่า σ2p B₂ (10 อิเล็กตรอน) ใส่อิเล็กตรอนหนึ่งตัวในแต่ละออร์บิทัล π2p จึงมีอิเล็กตรอนไม่เป็นคู่ 2 ตัว ส่วน C₂ (12 อิเล็กตรอน) บรรจุ π2p เต็มทั้งสองออร์บิทัล อิเล็กตรอนทั้งหมดจึงเป็นคู่

อันดับพันธะของ NO, NO⁺ และ NO⁻ เป็นเท่าใด?

NO มี 15 อิเล็กตรอน โดยมีอิเล็กตรอนไม่เป็นคู่หนึ่งตัวใน π*2p จึงมีอันดับพันธะ 2.5 NO⁺ (14 อิเล็กตรอน) มีอันดับพันธะ 3 และเป็นไดอะแมกเนติก NO⁻ (16 อิเล็กตรอน) มีอันดับพันธะ 2 และมีอิเล็กตรอนไม่เป็นคู่สองตัวเหมือน O₂

ออร์บิทัลใดเป็น HOMO ของ CO?

HOMO ของ CO คือออร์บิทัล σ2p (เรียกอีกชื่อว่า 3σ) ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวบนคาร์บอน ส่วน LUMO คือ π*2p ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไม CO จึงสร้างพันธะกับโลหะผ่านทางคาร์บอน

อันดับพันธะสัมพันธ์กับความยาวพันธะและพลังงานพันธะอย่างไร?

อันดับพันธะสูงขึ้นทำให้พันธะสั้นลงและแข็งแรงขึ้น สำหรับอนุกรมของออกซิเจน: O₂⁺ (2.5) 112 pm, O₂ (2) 121 pm, O₂⁻ (1.5) 133 pm และ O₂²⁻ (1) 149 pm

เครื่องมือเคมีที่เกี่ยวข้อง

อัปเดตล่าสุด: