Date post: | 07-Aug-2018 |
Category: |
Documents |
Upload: | soniaswordblade |
View: | 219 times |
Download: | 0 times |
of 21
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
1/59
1
ΣΚΟΠΟΣ
Σκοπός αυτού του κεφαλαίου είναι μια πρώτηπροσέγγιση των κυματομηχανικών θεωριών του
ομοιοπολικού δεσμού και η ανακάλυψη του πώς οι
θεωρίες αυτές δημιουργούν πρότυπα, τα οποίαοδηγούν σε μια βαθύτερη αντίληψη της φύσεως του
χημικού δεσμού.
5. Χημικός ∆εσμός ΙI: Κβαντομηχανική Θεώρηση
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
2/59
2
Προσδοκώμενα αποτελέσματα
Όταν θα έχετε μελετήσει αυτό το κεφάλαιο, θα μπορείτε να:
Περιγράφετε τον σχηματισμό του δεσμού στο μόριο Η2 κατά
τη θεωρία του δεσμού σθένους (θεωρία VB).
Αναφέρετε δυο βασικές προϋποθέσεις για τη δημιουργία
ομοιοπολικού δεσμού σύμφωνα με τη θεωρία VB.
Χρησιμοποιείτε την έννοια του υβριδισμού, προκειμένου να
ερμηνεύετε τις σχέσεις ομοιοπολικών δεσμών σε μόρια.
Εφαρμόζετε τη θεωρία VSEPR στην πρόβλεψη του είδουςυβριδικών τροχιακών που χρησιμοποιεί το κεντρικό άτομο
ενός μορίου.
Παριστάνετε με διαγράμματα τροχιακών τη μετάβαση ενός
ατόμου από τη θεμελιώδη στην υβριδισμένη κατάσταση.
5. Χημικός ∆εσμός ΙI: Κβαντομηχανική Θεώρηση
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
3/59
3
Σχεδιάζετε τις απαραίτητες επικαλύψεις τροχιακών των
ατόμων που οδηγούν στον σχηματισμό ενός μορίου.
Εξηγείτε τον τρόπο δημιουργίας ενός διπλού και ενός
τριπλού δεσμού χρησιμοποιώντας ως παραδείγματα τοαιθυλένιο και το ακετυλένιο, αντίστοιχα.
Περιγράφετε τον σχηματισμό απλών διατομικών
ομοιοπυρηνικών μορίων βάσει της θεωρίας μοριακών
τροχιακών (θεωρία ΜΟ), σχεδιάζοντας τα αντίστοιχαδιαγράμματα ΜΟ.
∆ιακρίνετε μεταξύ αμιγών ατομικών, υβριδικών, δεσμικών,
αντιδεσμικών και μη δεσμικών μοριακών τροχιακών.Εξάγετε συμπεράσματα από το διάγραμμα ΜΟ ενός
διατομικού μορίου σχετικά με την ισχύ του δεσμού και τις
μαγνητικές ιδιότητες του μορίου.
5. Χημικός ∆εσμός ΙI: Κβαντομηχανική Θεώρηση
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
4/59
4
Χρησιμοποιείτε απεντοπισμένα μοριακά τροχιακά
προκειμένου να ερμηνεύετε π συστήματα δεσμών σε
πολυατομικά μόρια, όπως το βενζόλιο.
Περιγράφετε τα κύρια σημεία του μεταλλικού δεσμού με βάσητη θεωρία ΜΟ, χρησιμοποιώντας ως παράδειγμα το λίθιο.
Ερμηνεύετε την ηλεκτρική αγωγιμότητα των μετάλλων.
Σχεδιάζετε τα ενεργειακά διαγράμματα ταινιών για αγωγό,
μονωτή και ημιαγωγό και βάσει αυτών να εξηγείτε τις διαφορέςστην ηλεκτρική αγωγιμότητα.
5. Χημικός ∆εσμός ΙI: Κβαντομηχανική Θεώρηση
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
5/59
5
5. Χημικός ∆εσμός ΙI: Κβαντομηχανική Θεώρηση
Έννοιες κλειδιά
Αγωγός
Αντιδεσμικό μοριακό τροχιακόΑπεντοπισμένο μοριακό τροχιακό
∆εσμικό μοριακό τροχιακό
∆ιάγραμμα μοριακών τροχιακών
Εντοπισμένος δεσμός ζεύγους ηλεκτρονίων
Επικάλυψη τροχιακών
Ημιαγωγός (αυτοτελής και προσμείξεως)
Θεωρία δεσμού σθένουςΘεωρία μοριακών τροχιακών
Θεωρία ταινιών
Μεταλλικός δεσμός
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
6/59
6
5. Χημικός ∆εσμός ΙI: Κβαντομηχανική Θεώρηση
Έννοιες κλειδιά
Μονωτής
Μοριακό τροχιακόπι (π ) ∆εσμός
σίγμα (σ ) ∆εσμός
Ταινία αγωγιμότητας
Ταινία σθένους
Τάξη δεσμού
Υβριδικά τροχιακά sp, sp2, sp3, sp3d , sp3d 2
ΥβριδισμόςΧάσμα ταινιών
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
7/59
7
5. Χημικός ∆εσμός ΙI: Κβαντομηχανική Θεώρηση
Ebbing: Κεφάλαιο 10 και Ενότητες 21.3 και 22.2 (Ημιαγωγοί )
5.1 Εισαγωγή στη θεωρία του δεσμού σθένους
5.2 Υβριδισμός ατομικών τροχιακών
5.3 ∆ιπλοί και τριπλοί ομοιοπολικοί δεσμοί
5.4 Εισαγωγή στη θεωρία των μοριακών τροχιακών5.5 ∆ιατομικά μόρια της δεύτερης περιόδου
5.6 Απεντοπισμένα μοριακά τροχιακά
5.7 Ο δεσμός στα μέταλλα
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
8/59
8
Η θεωρία του δεσμού σθένους
(Θεωρία VB ή θεωρία του ηλεκτρονικού ζεύγους)
Κατά τη δημιουργία του δεσμού μεταξύ δύο ατόμων Α και Β:
Ένα τροχιακό σθένους του ατόμου Α συγχωνεύεται εν μέρει με ένα
τροχιακό σθένους του ατόμου Β. Τότε λέμε ότι τα τροχιακά
μοιράζονται μια περιοχή του χώρου ή ότι επικαλύπτονται.
Καθώς το τροχιακό του ενός ατόμου επικαλύπτει το τροχιακό του
άλλου, τα ηλεκτρόνια στα τροχιακά αυτά αρχίζουν να κινούνται γύρω
από τα δύο άτομα.
Επειδή τα ηλεκτρόνια έλκονται συγχρόνως και από τους δύο
πυρήνες, τα άτομα αναγκαστικά πλησιάζουν το ένα το άλλο,
δημιουργώντας αυτό που λέμε δεσμό.
Η ισχύς του δημιουργούμενου δεσμού εξαρτάται από την έκταση τηςεπικάλυψης. Όσο μεγαλύτερη είναι η επικάλυψη, τόσο ισχυρότερος
είναι ο δεσμός.
Τα δύο τροχιακά δεν επιτρέπεται να περιέχουν περισσότερα από δύο
ηλεκτρόνια, και αυτά μόνο εφόσον έχουν αντίθετα spin.
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
9/59
9
Πώς σχηματίζεται ο δεσμός στο Η2 και στο ΗCl
Ο σχηματισμός του δεσμού Η –Cl
στο μόριο ΗCl πραγματοποιείται
με επικάλυψη του τροχιακού 1s του
ατόμου Η με το τροχιακό 3 p τουατόμου Cl
1s 1s 1s 1s
H H H2
Ο σχηματισμός του δεσμού Η –Η
στο μόριο Η2 πραγματοποιείται
με επικάλυψη των τροχιακών 1s
των δύο ατόμων Η.
Όλα τα τροχιακά, πλην του s, επικαλύπτονται κατά τις
κατευθύνσεις που δείχνουν οι λοβοί τους, ώστε ναεπιτυγχάνεται η μέγιστη επικάλυψη.
1s 3 p
επικάλυψη3s 3 p
NeCl:
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
10/59
10
Μεταβολή της δυναμικής ενέργειας κατά το σχηματισμό του Η2
Η απόσταση μεταξύ των πυρήνων που αντιστοιχεί στο ελάχιστο της
καμπύλης δυναμικής ενέργειας είναι το μήκος του δεσμού.
Σε αυτή την απόσταση το μόριο Η2 είναι σταθερό.
∆ υ ν α μ ι κ ή ε
ν έ ρ γ ε ι α
Ενέργεια διάστασης δεσμού
Μήκος δεσμού
0 74 pm
H + H
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
11/59
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
12/59
12
Θεμελιώδης και διεγερμένη κατάσταση
Γιατί η διεγερμένη
κατάσταση δεν
είναι αρκετή για
την περιγραφή τωντεσσάρων δεσμών
που σχηματίζει ο
άνθρακας
(π.χ. στο μεθάνιο); Ε ν έ ρ γ ε ι α
Άτομο C Άτομο C
(θεμελιώδης κατάσταση) (διεγερμένη κατάσταση)
Πώς εξηγείται το γεγονός ότι ο άνθρακας με δύο ασύζευκτα
ηλεκτρόνια στη θεμελιώδη κατάσταση σχηματίζει συνήθως
τέσσερις δεσμούς;
Ά 5 1
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
13/59
13
Άσκηση 5.1
Ερμηνεία δεσμών με βάση τη θεωρία VB
Χρησιμοποιήστε τη θεωρία VB για να περιγράψετε τοσχηματισμό των δεσμών και την αναμενόμενη γεωμετρία στο
αρσάνιο, AsH3.
As: Ομάδα 5Α ⇒
ηλεκτρονική δομή φλοιού σθένους 4s
2
4 p
3
ήπιο αναλυτικά 4s24 p x 14 py
14 pz 1.
Τα ημισυμπληρωμένα p τροχιακά του As επικαλύπτονται με τα
ημισυμπληρωμένα 1s τροχιακά τριών ατόμων Η
⇒ 3 δεσμοί As–H, οι οποίοι μεταξύτους σχηματίζουν γωνία 90ο (= γωνία
των p τροχιακών).
Τα 3 άτομα Η κατέχουν τις κορυφέςενός ισοπλεύρου τριγώνου, ενώ το
άτομο As βρίσκεται πάνω από το
κέντρο του τριγώνου, έτσι ώστε το
μόριο να σχηματίζει μια τριγωνικήπυραμίδα.
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
14/59
14
Γιατί ο σχηματισμός του CΗ4 δεν μπορεί να ερμηνευθεί
βάσει της διεγερμένης κατάστασης του ατόμου C
1. Οι 4 ομοιοπολικοί δεσμοί στο μεθάνιο θα ήταν δύο τύπων:ένας δεσμός από την επικάλυψη του τροχιακού 2s του C με το
τροχιακό 1s ενός ατόμου Η και τρεις δεσμοί από την επικάλυψη των
τριών 2 p τροχιακών του C με τα τρία 1s τροχιακά τριών ατόμων Η.
Προφανώς, οι δύο τύποι δεσμών, λόγω διαφορετικών επικαλύψεων,
δεν θα ήταν ισότιμοι μεταξύ τους.
2. Όσον αφορά στη γεωμετρία του CΗ4, οι τρεις δεσμοί 2 p –1s θα
σχημάτιζαν ορθές γωνίες μεταξύ τους, ενώ ο τέταρτος δεσμός 2s –1s
θα είχε τυχαίο προσανατολισμό.
Το πείραμα δείχνει ότι οι 4 δεσμοί C–Η στο μεθάνιο είναι
πανομοιότυποι και η γεωμετρία του μορίου τετραεδρική (κάθε γωνία
Η –C–Η = 109ο και 28΄).
Αυτό σημαίνει ότι τα τροχιακά του άνθρακα που εμπλέκονται στους
δεσμούς είναι μεταξύ τους απολύτως ισοδύναμα.
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
15/59
15
Τι είναι τα υβριδικά τροχιακά
!!! Τα υβριδικά τροχιακά είναι σε αριθμό ίσα με τα αρχικά ατομικά
τροχιακά, διαφέρουν όμως από αυτά ως προς την ενέργεια, τη μορφή
(συμμετρία ηλεκτρονικού νέφους) και τον προσανατολισμό.
Άτομο C Άτομο C Άτομο C
(θεμελιώδης κατάσταση) (υβριδισμένο) (στο CΗ4)
δεσμοί C–Η
Υβριδικά τροχιακά: τα τροχιακά τα οποία χρησιμοποιούμε στην
περιγραφή δεσμών και τα οποία λαμβάνουμε με συνδυασμούςατομικών τροχιακών των μεμονωμένων ατόμων.
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
16/59
16
Πώς προσανατολίζονται τα sp3 υβριδικά τροχιακά στο χώρο
Ένα μεμονωμένο
υβριδικό τροχιακόsp3. Από τους δύο
λοβούς, στο δεσμό
συμμετέχει ο
μεγάλος λοβός.
Ο τετραεδρικός
προσανατολισμός των
τεσσάρων
sp3 υβριδικών
τροχιακών.
(Οι μικροί λοβοί έχουν
παραλειφθεί για
ευκρίνεια.)
Οι τέσσερις δεσμοί C–H στο μεθάνιο
προέρχονται από
επικαλύψεις s-sp3.
Προσανατολισμός των υβριδικών τροχιακών
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
17/59
17
Προσανατολισμός των υβριδικών τροχιακών
sp, sp2 και sp3 στο χώρο
Γραμμικός
προσανατολισμός των
δύο
sp υβριδικών
τροχιακών
Κάθε λοβός παριστάνει ένα υβριδικό τροχιακό(οι μικροί λοβοί έχουν παραλειφθεί για ευκρίνεια).
Επίπεδος τριγωνικός
προσανατολισμός
των τριών
sp2 υβριδικών
τροχιακών
Τετραεδρικός
προσανατολισμός
των τεσσάρων
sp3 υβριδικών
τροχιακών
sp sp2 sp3
Προσανατολισμός των υβριδικών τροχιακών
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
18/59
18
Προσανατολισμός των υβριδικών τροχιακών
sp3d και sp3d 2 στο χώρο
Τριγωνικός διπυραμιδικός
προσανατολισμός των πέντεsp3d υβριδικών τροχιακών
Κάθε λοβός παριστάνει ένα υβριδικό τροχιακό(οι μικροί λοβοί έχουν παραλειφθεί για ευκρίνεια).
Οκταεδρικός
προσανατολισμός των έξιsp3d 2 υβριδικών τροχιακών
sp3d sp3d 2
Ο θ έ ύ β δ ώ ώ
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
19/59
19
Οι συνηθισμένοι τύποι υβριδικών τροχιακών και η
αντίστοιχη γεωμετρική τους διευθέτηση (προσανατολισμός)
!!! Αν γνωρίζουμε τον τύπο των υβριδικών τροχιακών, βρίσκουμε τηγεωμετρική διευθέτηση (προσανατολισμό) των τροχιακών και τη
μοριακή γεωμετρία. Ισχύει και το αντίστροφο:
Αν γνωρίζουμε τον προσανατολισμό των τροχιακών (γεωμετρία ΗΖ),
βρίσκουμε τον τύπο των υβριδικών τροχιακών.
Υβριδικά Προσανατολισμός Αριθμός
τροχιακά τροχιακών τροχιακών Παράδειγμα
sp Γραμμικός 2 Be στο BeF2sp2 Επίπεδος τριγωνικός 3 B στο BF3
sp3 Τετραεδρικός 4 C στο CH4
sp3d Τριγωνικός διπυραμιδικός 5 Ρ στο ΡF5sp3d 2 Οκταεδρικός 6 S στο SF6
Πώ ά δ ύ ύ ό έ ά
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
20/59
20
Πώς περιγράφουμε τους δεσμούς γύρω από ένα άτομο
βάσει της θεωρίας VB
Ακολουθούμε κατά σειρά τα εξής πέντε βήματα:
1. Γράφουμε τη δομή Lewis του μορίου.
2. Βρίσκουμε τη διευθέτηση των ηλεκτρονικών ζευγών (μοντέλο
VSEPR) γύρω από το κεντρικό άτομο.
3. Συμπεραίνουμε τον τύπο των υβριδικών τροχιακών πουχρησιμοποιεί το κεντρικό άτομο.
4. Τοποθετούμε τα ηλεκτρόνια σθένους του κεντρικού ατόμου, ένα σε
κάθε υβριδικό τροχιακό.Αν τα ηλεκτρόνια υπερτερούν, σχηματίζουμε ΗΖ.
5. ∆ημιουργούμε τους δεσμούς γύρω από το κεντρικό άτομο
επικαλύπτοντας τα υβριδικά τροχιακά που φέρουν μονήρη ηλεκτρόνια.
Άσκηση 5 2
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
21/59
21
Εφαρμογή της θεωρίας VSEPR στην πρόβλεψη του υβριδισμού
Χρησιμοποιήστε υβριδικά τροχιακά για να περιγράψετε τουςδεσμούς στο μόριο του νερού, Η2Ο, σύμφωνα με τη θεωρία του
δεσμού σθένους.
Άσκηση 5.2
2. Τα τέσσερα ΗΖ γύρω από το οξυγόνο υποδηλώνουντετραεδρικό προσανατολισμό.
3. Τετραεδρικός προσανατολισμός των ΗΖ σημαίνει τύπος
υβριδισμού sp3
4. Τοποθετούμε τα ηλεκτρόνια σθένους του οξυγόνου, ένα σε
κάθε υβριδικό τροχιακό. Επειδή τα ηλεκτρόνια υπερτερούν,
σχηματίζουμε δύο μονήρη ΗΖ.
1. Γράφουμε τη δομή Lewis του νερού H
H
O
Άσκηση 5 2
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
22/59
22
Άσκηση 5.2
5. ∆ημιουργούμε τους δύο δεσμούς Ο –Η
γύρω από το κεντρικό άτομο τουοξυγόνου. Κάθε δεσμός Ο –Η σχηματίζεται
από επικάλυψη ενός τροχιακού 1s από
πλευράς υδρογόνου με ένα από τα
ημικατειλημμένα sp3
υβριδικά τροχιακάτου οξυγόνου.
1s
2s
2 p
Ε
Άτομο O(θεμελιώδης κατάσταση)
(υβριδισμένο)Άτομο O
1s
sp3 sp3
1s
Άτομο O(στο μόριο H2O)
μονήρηζεύγη
δεσμοί O-Η
sp3
sp3
sp3
sp3
s
s
Πώ ά έ δ λό δ ό ό θ ί VB
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
23/59
23
Πώς περιγράφεται ένας διπλός δεσμός από τη θεωρία VB
Κάθε άτομο C συνδέεται με τρία άτομα και δεν υπάρχουν μονήρη ΗΖ
⇒
απαιτούνται 3 υβριδικά τροχιακά
Κάθε άτομο C χρησιμοποιεί sp2 υβριδικά τροχιακά (υπάρχουν 3 sp2
υβριδικά τροχιακά) ⇒
Ένα τροχιακό 2 p μένει ανυβριδοποίητο.
H
CH
C
H
H
Αιθυλένιο
2 p
1s
2s
2 p
Ε
Άτομο C(θεμελιώδης κατάσταση) (υβριδισμένο)
Άτομο C
1s
sp2
Τι ονομάζουμε σ (σίγμα) δεσμούς
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
24/59
24
ο ομάζουμε (σ γμα) δεσμούς
Μόριο Η2: επικαλύπτονται δύο
s τροχιακά ⇒ σχηματίζεται
ένας σ δεσμός1s 1s σ δεσμός
Μόριο F2: επικαλύπτονται δύο p τροχιακά κατά μήκος τωναξόνων τους
⇒
σχηματίζεται πάλι ένας σ δεσμός
2 p 2 p σ δεσμός
Σίγμα δεσμός: ο ομοιοπολικός δεσμός, στον οποίον η ηλεκτρονική
πυκνότητα είναι συγκεντρωμένη συμμετρικά γύρω από τον
διαπυρηνικό άξονα.
Τ άζ ( ) δ ύ
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
25/59
25
Τι ονομάζουμε π (πι) δεσμούς;
Όταν δύο τροχιακά p επικαλύπτονται από πλάγια θέση,
τότε σχηματίζεται ένας π δεσμός.
2 p 2 p π δεσμός
Απεικόνιση των δεσμών στο αιθυλένιο
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
26/59
26
Απεικόνιση των δεσμών στο αιθυλένιο
Όταν τα επίπεδα των ομάδων –CH2είναι κάθετα μεταξύ τους, δεν μπορεί
να σχηματισθεί δεσμός. Όταν όμως
αυτά ταυτίζονται, τότε με επικαλύψεις p – p σχηματίζεται ένας π δεσμός.
Η επικάλυψη sp2 – sp2 των
δύο ατόμων C και οιεπικαλύψεις sp2 – s των
ατόμων C με τα άτομα Η
οδηγούν στο σχηματισμό
πέντε σ δεσμών(σ -σκελετός του αιθυλενίου).
sp2
1s
Πώ ά δ ί λέ
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
27/59
27
Πώς περιγράφονται οι δεσμοί στο ακετυλένιο
Κάθε άτομο C συνδέεται
με δύο άτομα και δεν
υπάρχουν μονήρη ΗΖ
⇒
απαιτούνται
2 υβριδικά τροχιακά
⇒ κάθε άτομο C
χρησιμοποιεί sp
υβριδικά τροχιακά
(υπάρχουν 2 sp
υβριδικά τροχιακά)
∆ύο τροχιακά p μένουν
ανυβριδοποίητα. Αυτά
είναι κατάλληλα για τονσχηματισμό π δεσμών.
HH C C
sp
1s
Άτομο C(υβριδισμένο)(θεμελιώδης κατάσταση)
Άτομο C
Ε
2 p
2s
1s
2 p
Οι δεσμοί στο ακετυλένιο σχηματικά
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
28/59
28
Οι δεσμοί στο ακετυλένιο σχηματικά
Η επικάλυψη sp – sp των δύοατόμων C και οι επικαλύψεις
sp – s των ατόμων C με τα
άτομα Η οδηγούν στο
σχηματισμό τριών σ δεσμών(σ -σκελετός του ακετυλενίου).
Τα τέσσερα
ανυβριδοποίητα p
τροχιακά (δύο από κάθε
άτομο C) επικαλύπτονται
ανά δύο σχηματίζονταςδύο π δεσμούς
(δύο επικαλύψεις p – p).
τρεις σ δεσμοί
sp
δύο π δεσμοί
1s
!!! Ο τριπλός δεσμός αποτελείταιαπό ένα σ δεσμό και δύο π δεσμούς
Ο διπλός δεσμός και η εμφάνιση cis – trans
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
29/59
29
ς μ ς η μφ η
γεωμετρικών ισομερών
Για το 1,2-διχλωροαιθάνιο δεν υπάρχουν γεωμετρικά ισομερή λόγωτης ελεύθερης περιστροφής γύρω από τον δεσμό C–C.
Τα Α και Β είναι το ίδιο μόριο.
transCl
H1,2-διχλωροαιθένιο C C
H
C
cis C
H
CCH
Cl
Α Βελεύθερη περιστροφή
Άσκηση 5.3
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
30/59
30
Σχηματισμός απλών και διπλών δεσμών κατά τη μέθοδο VB
Περιγράψτε τους δεσμούς στο διοξείδιο του άνθρακα, CΟ2,εφαρμόζοντας τη θεωρία του δεσμού σθένους.
Το μόριο έχει το γενικό τύπο ΑΒ2 ⇒ γραμμικό.
Γραμμικό μόριο σημαίνει για το άτομο C υβριδισμό sp.
Κάθε sp υβριδικό τροχιακό του άνθρακα επικαλύπτεται με
ένα 2 p τροχιακό ενός ατόμου οξυγόνου σχηματίζοντας ένα σ
δεσμό.Κάθε π δεσμός σχηματίζεται με επικάλυψη ενός
ανυβριδοποίητου 2 p τροχιακού του άνθρακα με ένα 2 p
τροχιακό του οξυγόνου.
Η δομή Lewis του CΟ2 είναι OCO
η η
Άσκηση 5.3
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
31/59
31
Τα παραπάνω μπορούν να συνοψισθούν στο ακόλουθο σχήμα:
σ ηση 5 3
2 p
sp
π δεσμοί
σ δεσμοί
2 p
1s
2s
2 p
Ε
Άτομο C(θεμελιώδης
κατάσταση)
(υβριδισμένο)Άτομο C
1s
sp
1s
Άτομο C(στο CO2)
OC
OC
Η θεωρία των μοριακών τροχιακών (Θεωρία ΜΟ)
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
32/59
32
Η θεωρία των μοριακών τροχιακών (Θεωρία ΜΟ)
Το υγρό οξυγόνο, Ο2, πουχύνεται ανάμεσα στους πόλους
ενός ισχυρού μαγνήτη κολλάει
πάνω σ' αυτούς δείχνοντας ότιείναι παραμαγνητικό.
Ο παραμαγνητισμός του
οξυγόνου, ο οποίος δεν μπορεί
να ερμηνευθεί από τη θεωρία
VB, ερμηνεύεται εύκολα από τη
θεωρία των μοριακών
τροχιακών.
Η θεωρία των μοριακών τροχιακών (Θεωρία ΜΟ)
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
33/59
33
ρ μ ρ ρ χ ( ρ )
Η θεωρία των μοριακών τροχιακών ή θεωρία ΜΟΕίναι μια θεωρία για την ερμηνεία της ηλεκτρονικής δομής
μορίων με όρους μοριακών τροχιακών, τα οποία μπορούν
να απλώνονται πάνω από μερικά άτομα ή και ολόκληρο το
μόριο.
Η θεωρία ΜΟ βλέπει την ηλεκτρονική δομή των μορίων με
τον ίδιο τρόπο που βλέπει και την ηλεκτρονική δομή τωνατόμων.
Κάθε μοριακό τροχιακό έχει μια ορισμένη ενέργεια.
Για να λάβουμε τη θεμελιώδη κατάσταση ενός μορίου,
τοποθετούμε τα ηλεκτρόνια στα χαμηλότερης ενέργειας
τροχιακά, ακολουθώντας την απαγορευτική αρχή του Pauli,όπως ακριβώς στα άτομα.
Τι είναι και πώς δημιουργούνται τα δεσμικά και
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
34/59
34
Τι είναι και πώς δημιουργούνται τα δεσμικά και
αντιδεσμικά μοριακά τροχιακά
Κατά την επικάλυψη των δύο τροχιακών 1s, αυτά μπορούν είτε να προστίθενταιπαρέχοντας ένα δεσμικό μοριακό τροχιακό, είτε να αφαιρούνται παρέχοντας ένα
αντιδεσμικό μοριακό τροχιακό.
1s 1s αντιδεσμικό τροχιακό
Αφαίρεση τροχιακών ⇒
χαμηλή ηλεκτρονική πυκνότητα
στην περιοχή επικάλυψης
1s 1s δεσμικό τροχιακό
Πρόσθεση τροχιακών ⇒
υψηλή ηλεκτρονική πυκνότητα
στην περιοχή επικάλυψης
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
35/59
Τι ονομάζουμε τάξη δεσμού
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
36/59
36
Τι ονομάζουμε τάξη δεσμού
Τάξη δεσμού = ½(nb – na)nb = αριθμός δεσμικών ηλεκτρονίων
na = αριθμός αντιδεσμικών ηλεκτρονίων
Γιατί δεν υπάρχει το μόριο He2;Είναι δυνατή η ύπαρξη του ιόντος He2
+;
Τάξη δεσμού = ½(2 – 2) = 0
Άτομο He Άτομο He
Μόριο He2
Ε ν έ ρ γ ε ι α
Έξι κανόνες για την κατασκευή διαγραμμάτων ΜΟ
για διατομικά μόρια της 2ης περιόδου
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
37/59
37
1. Ο αριθμός των ΜΟ που σχηματίζονται, ισούται με τον αριθμό τωνσυνδυαζόμενων ατομικών τροχιακών (ΑΟ).
2. Τα ΑΟ συνδυάζονται (επικαλύπτονται) με άλλα τροχιακά
παρόμοιας ενέργειας, άσχετα αν τα τροχιακά αυτά περιέχουν ή όχι
ηλεκτρόνια και πόσα.3. Όσο μεγαλύτερη είναι η έκταση της επικάλυψης δυο τροχιακών,
τόσο σταθερότερο (δηλαδή χαμηλότερης ενέργειας) είναι το δεσμικό
ΜΟ και τόσο ασταθέστερο (δηλαδή υψηλότερης ενέργειας) το
αντιδεσμικό ΜΟ.4. Κάθε ΜΟ μπορεί να δεχθεί το πολύ δυο ηλεκτρόνια με αντίθετα
spin (απαγορευτική αρχή του Pauli).
5. Σε ΜΟ της ίδιας ενέργειας (εκφυλισμένα τροχιακά) τα ηλεκτρόνια
τοποθετούνται αρχικά ένα-ένα με παράλληλα spin (κανόνας τουHund).
6. Τα ΜΟ σ 1s και σ *1s θα είναι συμπληρωμένα με τέσσερα e και δεν
συνεισφέρουν στο σχηματισμό του δεσμού, οπότε δεν τα
λαμβάνουμε υπ’ όψιν και συγκεντρώνουμε την προσοχή μας στατροχιακά 2s και 2 p του φλοιού σθένους.
για διατομικά μόρια της 2ης περιόδου
∆ιατομικά μόρια της 2ης περιόδου
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
38/59
38
Επικάλυψη των τροχιακών σθένους 2s
Τα τροχιακά 2s των δύο ατόμων Α συνδυάζονται όπως
ακριβώς και τα 1s, που είδαμε στο σχηματισμό του μορίου του
υδρογόνου, και δίνουν ένα δεσμικό ΜΟ σ 2s και ένα
αντιδεσμικό σ *2s.
σ *2s
2s 2s
σ 2s
Α Α
E
Οι διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους μπορούν να
λλ λ δ ά ά 2
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
39/59
39
αλληλεπιδράσουν τα τροχιακά 2 p
1. Με επικάλυψη κατά
μήκος των αξόνων
σχηματίζονται ταμοριακά τροχιακά σ 2pκαι σ 2 p
*.
σ 2 p*
σ 2 p
2. Με επικάλυψη από
πλάγιες θέσειςσχηματίζονται τα
μοριακά τροχιακά π 2 pκαι π 2p*.
π 2 p*
π 2 p
Κατάταξη των οκτώ ΜΟ κατά σειρά
ξ ό έ
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
40/59
40
αυξανόμενης ενέργειας
1. Τα ΜΟ σ 2s και σ *2s θα έχουν τη χαμηλότερη ενέργεια από κάθε ΜOπου προκύπτει από συνδυασμούς των 2 p ΑΟ, αφού τα 2s AO
βρίσκονται ενεργειακά χαμηλότερα από τα 2 p.
2. Μεταξύ των ΜΟ σ 2s και σ *2s, ενεργειακά υψηλότερα θα βρίσκεται
ασφαλώς το αντιδεσμικό σ *2s.
3. Τα δύο δεσμικά ΜΟ π 2 p, προκύπτουν με τον ίδιο ακριβώς τρόπο,
γι’ αυτό έχουν την ίδια ενέργεια, δηλαδή είναι ενεργειακά
εκφυλισμένα. Το ίδιο ισχύει προφανώς και για το ζεύγος τωναντιδεσμικών ΜΟ π *2 p.
4. Ως προς το σ 2p τροχιακό, τα π 2 p και π *2 p θα είναι ασταθέστερα,
δηλαδή ενεργειακά θα βρίσκονται υψηλότερα , αφού η επικάλυψη
από πλευρικές θέσεις γίνεται σε μικρότερη έκταση, απ' ό,τι ηεπικάλυψη κατά μήκος του διαπυρηνικού άξονα. Ανάλογα, το σ * 2pΜΟ θα είναι σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο από τα π *2 p ΜΟ.
Έτσι, οι σχετικές ενέργειες των 8 ΜΟ θα είναι:
σ 2s < σ *2s < σ 2p < π 2 p = π 2 p < π *2 p = π *2 p < σ * 2p
Ενεργειακό διάγραμμα ΜΟ για τα ομοπυρηνικά
διατομικά μόρια της 2ης περιόδου
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
41/59
41
διατομικά μόρια της 2ης περιόδου
Το διάγραμμα αυτό
ισχύει για τα μόρια Ο2,
F2 και Ne2, όπου η
διαφορά ενέργειαςανάμεσα στα ατομικά
τροχιακά 2s και 2 p
είναι μεγάλη.
!! Για τα ομοπυρηνικά
μόρια Li2, Be2, B2, C2και Ν2,
το τροχιακό σ 2 pβρίσκεται ενεργειακά
υψηλότερα από τα
τροχιακά π 2 p.ΑΟ του ΑΑΟ του Α
Ε
ΜΟ του Α2
2sσ
2sσ *
2 pσ
2 pπ
2 p*π
2 pσ *
2s 2s
2 p2 p
Ενεργειακό διάγραμμα ΜΟ του Ο2
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
42/59
42
12 e σθένους στο Ο2
(6 e από κάθε άτομο),καταλαμβάνουν τα ΜΟ με
τον τρόπο που δείχνει το
διπλανό διάγραμμα
τροχιακών. Υπάρχουν δύο μονήρη e
στα αντιδεσμικά τροχιακά
π *2 p ⇒ το μοριακό οξυγόνο
είναι παραμαγνητικό.
Υπάρχουν 8 δεσμικά και 4
αντιδεσμικά ηλεκτρόνια ⇒
τάξη δεσμού = ½(8 – 4) = 2
(διπλός δεσμός).
Ηλεκτρονική δομή του Ο2με συμπυκνωμένη μορφή
(σ 2s)2
(σ *2s)
2
(σ 2p)2
(π 2 p)4
(π *2 p)
2
ΑΟ του OΑΟ του O
Ε
2 p 2 p
2s2s
2 pσ *
π *2 p
2 pπ
2 pσ
2sσ *
2sσ
ΜΟ του O2
∆εσμικές ιδιότητες των ομοπυρηνικών διατομικών μορίων
της 2ης περιόδου
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
43/59
43
της 2ης περιόδου
Τάξη Μήκος Ενέργεια Μαγνητικός
Μόριο δεσμού δεσμού (pm) δεσμού (kJ/mol) χαρακτήρας
Li2
1 267 110 διαμαγνητικό
Be2 0 το μόριο αυτό δεν μπορεί να υπάρξει
B2 1 159 290 παραμαγνητικό
C2 2 131 620 διαμαγνητικό
N2 3 110 941 διαμαγνητικό
O2 2 121 495 παραμαγνητικό
F2 1 143 155 διαμαγνητικό
Ne2 0 το μόριο αυτό δεν μπορεί να υπάρξει
Καθώς η τάξη δεσμού μεγαλώνει, το μήκος του δεσμού μικραίνει και
η ενέργεια δεσμού τείνει να μεγαλώνει.
Ο μαγνητικός χαρακτήρας των μορίων που προσδιορίζεταιπειραματικά, προβλέπεται σωστά από τη θεωρία ΜΟ.
Ενεργειακό διάγραμμα ΜΟ για ετεροπυρηνικά
διατομικά μόρια ΑΒ
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
44/59
44
διατομικά μόρια ΑΒ
Ετεροπυρηνικά: μόρια απόδιαφορετικά άτομα, π.χ. το
HF, LiH, CΟ, ΝΟ
Για διατομικά μόρια ΑΒστοιχείων της 2ης
περιόδου, και εφόσον η
διαφορά
ηλεκτραρνητικότηταςμεταξύ Α και Β δεν είναι
σημαντική, ισχύει
προσεγγιστικά το διπλανό
διάγραμμα ΜΟ.
2 p
2 p
2s
2s
2 pσ *
π *2 p
2 pπ
2 pσ
2sσ *
2sσ
Ε
ΑΟ του ΑΑΟ του Β
ΜΟ του ΑΒ
Το CO, με 10 e σθένους, έχει
ηλεκτρονική δομή
(σ 2s)2(σ * 2s)2(π 2 p)4(σ 2 p)2και τάξη δεσμού (8
2)/2=3.
Άσκηση 5.4
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
45/59
45
Πρόβλεψη δεσμικών ιδιοτήτων βάσει του διαγράμματος ΜΟ
∆ώστε το διάγραμμα τροχιακών και την ηλεκτρονική δομή του
μονοξειδίου του αζώτου, ΝΟ.
Πόση είναι η τάξη δεσμού του ΝΟ;
Είναι το μόριο αυτό διαμαγνητικό ή παραμαγνητικό;
Το μόριο ΝΟ είναι ετεροπυρηνικό
⇒ ενεργειακό διάγραμμα ΜΟ για ετεροπυρηνικά μόρια.
Επειδή το οξυγόνο είναι πιο ηλεκτραρνητικό από το Ν, τα
ατομικά του τροχιακά θα βρίσκονται ενεργειακά χαμηλότερα.Στο μόριο ΝΟ έχουμε 5 + 6 = 11 ηλεκτρόνια σθένους.
Έτσι, το ενεργειακό διάγραμμα ΜΟ του μονοξειδίου του
αζώτου θα έχει ως εξής:
Άσκηση 5.4
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
46/59
46
Πρόβλεψη δεσμικών ιδιοτήτων
βάσει του διαγράμματος ΜΟ
Ε
ΜΟ του NO
2sσ
2sσ *
2 pσ
2 pπ
2 p*π
2 pσ *
2s
2s
2 p
2 p
ΑΟ του O
ΑΟ του N
Ηλεκτρονική δομή του ΝΟ(σ 2s)
2(σ *2s)2(σ 2 p)
2(π 2 p)4(π *2 p)
1
Τάξη δεσμού = 1/2 (8 – 3) = 2,5
Υπάρχει 1 ασύζευκτο e
⇒
μόριο παραμαγνητικό
Απεντοπισμένα μοριακά τροχιακά
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
47/59
47
Πώς περιγράφονται οι δεσμοί στο μόριο του όζοντος, Ο3
Θεωρία δεσμού σθένους: ερμηνεία
με τύπους συντονισμού O O
O O
OO
Για το σ σκελετό:
Κάθε άτομο Ο διαθέτει
τρία sp2 υβριδικά
τροχιακά, από τα οποίατο μεσαίο άτομο Ο
χρησιμοποιεί τα δύο για
να δημιουργήσει δύο
σ δεσμούς με τα δύο
ακραία άτομα Ο.
Σχηματισμός ενόςσ δεσμού O–O από
επικάλυψη sp2 – sp2
Σχηματισμός ενός
σ δεσμού O–O από
επικάλυψη sp2 – sp2Οβ
Οα Ογ
Θεωρία ΜΟ: ερμηνείασ σκελετού με sp2 υβριδικά τροχιακά
π δεσμού με απεντοπισμένα π ΜΟ
Ο π δεσμός στο μόριο του όζοντος, Ο3
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
48/59
48
Κάθε άτομο Ο έχει και ένα ανυβριδοποίητο p τροχιακό, κάθετο στο
επίπεδο των sp2
υβριδικών τροχιακών.Στα τρία p τροχιακά υπάρχουν αδιάθετα τέσσερα ηλεκτρόνια.
Με επικάλυψη των τριών αυτών p τροχιακών σχηματίζονται τα
ακόλουθα τρία π ΜΟ στο μόριο Ο3 (απεντοπισμένα π μοριακά τροχιακά)
Η ηλεκτρονική κατανομή των π μοριακών τροχιακών του Ο3
Από τα τέσσερα p ηλεκτρόνια, τα δύο καταλαμβάνουν το δεσμικό π ΜΟ
και τα άλλα δύο το μη δεσμικό π ΜΟ. Το αντιδεσμικό ΜΟ είναι κενό.
Αντιδεσμικό π ΜΟ Μη δεσμικό π ΜΟ ∆εσμικό π ΜΟ
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
49/59
Σχηματισμός του σ συστήματος δεσμών στο βενζόλιο
(θεωρία δεσμού σθένους)
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
50/59
50
( ρ μ ς)
Κάθε άτομο C σχηματίζειγύρω του τρεις σ δεσμούς:
δύο με τα γειτονικά του
άτομα C (επικαλύψεις
sp2 – sp2) και έναν δεσμόμε ένα άτομο Η
(επικάλυψη sp2 – s).
Έτσι, κάθε άτομο C διαθέτει
και από ένα
ανυβριδοποίητο p
τροχιακό κατειλημμένο
από ένα ηλεκτρόνιο.
Τα p ηλεκτρόνια
χρησιμοποιούνται για τη
δημιουργία του π
συστήματος δεσμών.
Σχηματισμός του π συστήματος δεσμών στο βενζόλιο
(θεωρία μοριακών τροχιακών)
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
51/59
51
( ρ μ ρ ρ χ )
(Α) Με επικάλυψη των έξι p ατομικών τροχιακών των έξι ατόμων C
σχηματίζονται έξι π ΜΟ, τρία δεσμικά και τρία αντιδεσμικά. Τα τρίαδεσμικά ΜΟ συμπληρώνονται με τα έξι π ηλεκτρόνια.
(Β) Στα τρία δεσμικά π ΜΟ, τα ηλεκτρόνια απεντοπίζονται κυκλικά
πάνω και κάτω από ολόκληρο τον δακτύλιο δίνοντας συνολικά 3 π
δεσμούς. Έτσι, κάθε δεσμός C–C στο βενζόλιο αποτελείται από ένανπλήρη σ δεσμό και έναν μισό π δεσμό (τάξη δεσμού = 1,5).
(Α) (Β)
Kekulé: Ο εμπνευστής της δομής του
βενζολικού δακτυλίου (1865)
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
52/59
52
β ζ ( )
August Kekulè von
Stradonitz (1829-1896)
Κωμική απεικόνιση
του βενζολικού δακτυλίου
Ο δεσμός στα μέταλλα
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
53/59
53
Ταινία
σθένους 3s
Na Na2 Na3 Na4 NaN
3s
Σχηματισμός μιας ενεργειακής ταινίας σε μεταλλικό νάτριο
Ο αριθμός των ενεργειακών επιπέδων αυξάνεται μέχρι που τα
επίπεδα συγχωνεύονται σε μια συνεχή ταινία ενεργειών.
Η ταινία 3s είναι ημισυμπληρωμένη ⇒ δυνατότητα κίνησης eστον κενό χώρο της ταινίας
⇒
ερμηνεία ηλεκτρικής αγωγιμότητας
Ο δεσμός στα μέταλλα
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
54/59
54
Παρατηρούμε ότι οι ταινίες 3s και 3 p αλληλοεπικαλύπτονται.
Ως αποτέλεσμα έχουμε ότι οι ταινίες αυτές είναι εν μέρει μόνο
συμπληρωμένες και μπορεί να υπάρξει ροή ηλεκτρονίων⇒ ερμηνεία ηλεκτρικής αγωγιμότητας.
3 p Ταινία
αγωγιμότητας 3 p
Ταινία σθένους 3s3s
Σχηματισμός των ταινιών 3s και 3 p στο μεταλλικό μαγνήσιο
Μέταλλα, ημιαγωγοί και μονωτές
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
55/59
55
Μέταλλα (1):
ΤΣ εν μέρει
συμπληρωμένη
(π.χ. Na) ⇒
ΤΣ ταυτόχρονα
και ΤΑ
ταινίααγωγιμότητας
(ΤΑ)
ταινία
σθένους (ΤΣ)
ταινία
αγωγιμότητας
ταινία
σθένους
Ε g
ταινίααγωγιμότητας
ταινία
σθένους
E g
Μέταλλα (2):
ΤΣ πλήρης(π.χ. Mg)⇒
Επικάλυψη ΤΣ
από κενή
ταινία ΤΑ
Ημιαγωγός:
ΤΣ πλήρης,ΤΑ κενή
Ενεργειακό
χάσμα, E g ,
σχετικά μικρό
Μονωτής:
ΤΣ πλήρης,ΤΑ κενή
Ενεργειακό
χάσμα, E g ,
μεγάλο
ταινία
σθένους
E
Ημιαγωγοί προσμείξεως
Επίδραση της νόθευσης πυριτίου
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
56/59
56
Πυρίτιο νοθευμένο με φωσφόροΤα επιπλέον ηλεκτρόνια
(συμβολιζόμενα με e –) από άτομα
φωσφόρου είναι ελεύθερα ναάγουν ηλεκτρικό ρεύμα.
Πυρίτιο νοθευμένο με βόριο
Ένας δεσμός, στον οποίονλείπει ένα ηλεκτρόνιο,
ισοδυναμεί με μια θετικά
φορτισμένη οπή, που εδώ
συμβολίζεται με ένα θετικόπρόσημο σε κύκλο.
Επίδραση της νόθευσης πυριτίου
Αγωγιμότητα των ημιαγωγών προσμείξεως
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
57/59
57
E
ταινία
αγωγιμότηταςκενή
ταινία
σθένους
Στάθμη
δότη
Ημιαγωγός τύπου n Ημιαγωγός τύπου p
ταινία
αγωγιμότητας
κενή
ταινία
σθένους
Στάθμη
δέκτη
Σε έναν ημιαγωγό τύπου n, η στάθμη του δότη είναι μόλις κάτω από
την ΤΑ. e από το δότη προωθούνται εύκολα στην κενή ΤΑ.
Σε έναν ημιαγωγό τύπου p, η στάθμη του δέκτη είναι μόλις πάνω από
την ΤΣ. e από τον ημιαγωγό προωθούνται εύκολα στη στάθμη του
δέκτη, αφήνοντας πίσω τους θετικές οπές
Μέταλλα, ημιαγωγοί και μονωτές βάσει της θεωρίας των ταινιών
Άσκηση 5.5
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
58/59
58
, ημ γ γ μ ς β ης ρ ς
Σχεδιάστε τις ταινίες σθένους και αγωγιμότητας για τα τέσσεραπρώτα στοιχεία της Ομάδας 4Α (C, Si, Ge, Sn)
Μέσα σε μια ομάδα του Π.Π. ο μεταλλικός χαρακτήρας μεγαλώνει από
πάνω προς τα κάτω.Η Ομάδα 4Α αποτελεί κλασικό παράδειγμα αυτής της μεταβολής: Ο
άνθρακας είναι αμέταλλο, το πυρίτιο και το γερμάνιο είναι μεταλλοειδή
και ο κασσίτερος (και ο μόλυβδος) μέταλλα.
⇒
ο άνθρακας, ως αμέταλλο, θα είναι μονωτής και η ταινία
αγωγιμότητας θα χωρίζεται από την ταινία σθένους με ένα μεγάλο
ενεργειακό χάσμα, E g .
Όσο μεγαλώνει ο μεταλλικός χαρακτήρας από τον C προς τον Sn,τόσο θα μικραίνει το E g . ∆ηλαδή, το E g για το Si θα είναι, σε σχέση με
τον C, μικρότερο, για το Ge ακόμα πιο μικρό και για τον Sn ελάχιστο.
Οι πειραματικές τιμές E g για τα στοιχεία 4Α είναι
C 508 kJ/mol Si 105 kJ/mol Ge 58 kJ/mol Sn 8 kJ/mol
∆ιαγραμματικά οι ταινίες σθένους και οι ταινίες αγωγιμότητας
Άσκηση 5.5
8/20/2019 05 Chemical-Bond(II) Quantum Mechanics
59/59
59
∆ιαγραμματικά, οι ταινίες σθένους και οι ταινίες αγωγιμότητας
θα έχουν για τα συγκεκριμένα στοιχεία περίπου ως εξής:
C Si Ge Sn