Chemische Bindungen-Simulation

Über dieses Experiment

Dehnen und stauchen Sie eine Bindung, während Sie die potenzielle Energie und die Rückstellkraft messen. Vergleichen Sie eine Skizze mit gemeinsam genutzten Elektronen in einer kovalenten Bindung mit einem ionischen Paar und setzen Sie anschließend ein Minimum des Potentials mit dem Gleichgewichtsabstand in Beziehung.

Lernziele

Erkennen Sie die anziehenden und abstoßenden Bereiche eines Bindungspotentials.
Setzen Sie die Gleichgewichtslänge mit einer radialen Nettokraft von null in Beziehung.
Unterscheiden Sie zwischen kovalenter Elektronenteilung, ionischer Lokalisierung und einem makroskopischen Kristallgitter.

Anleitung

1Ziehen Sie das orange Atom aus der Gleichgewichtsposition und messen Sie die nach innen gerichtete Kraft.
2Stauchen Sie die Bindung und beobachten Sie den steilen Anstieg der abstoßenden Energie.
3Untersuchen Sie die potenzielle Energiekurve an ihrem Minimum und bei großem Abstand.
4Wechseln Sie zum Ionenpaar und vergleichen Sie die langreichweitigere Anziehung mit einem kovalenten Beispiel.

Das Modell

U (r) = D_{e} [(1 - e^{- a (r - r_{e})})^{2} - 1]

Die Morse-Energie nähert sich bei unendlichem Abstand null und hat ihr Minimum bei der Gleichgewichtslänge.

F_{r} = - \frac{d U}{d r}

Eine positive Kraft vergrößert den Abstand des rechten Atoms.

U_{ion} = \frac{B}{r ^{9}} - \frac{C}{r}, B = \frac{C r _{e}^{8}}{9}

Der Abstoßungskoeffizient legt das Minimum des isolierten Ionenpaars mit Einheitsladungen auf die gewählte Länge fest.

Annahmen

Die Parameter sind illustrative Näherungen und keine Anpassungen an Schwingungsspektren oder thermochemische Dissoziationsmessungen.
Das Ionenbeispiel stellt ein einzelnes, isoliertes Na-positiv und Cl-negativ geladenes Ionenpaar dar. Es berücksichtigt weder Madelung-Wechselwirkungen im Kristall noch die Energetik des Elektronentransfers.
Die Valenzelektronenpunkte sind schematisch. Beim Abtasten wird der Abstand vorgegeben; die Schwingungsdynamik des Moleküls wird nicht integriert.

Im Unterricht ausprobieren

Q1Warum kollabiert ein gebundenes Paar nicht auf einen Abstand von null?
Q2Wie verhalten sich die Vorzeichen der Steigung des Potenzials und der radialen Kraft zueinander?

Häufig gestellte Fragen

Enthält die angezeigte Energie auch die Energie, die zur Bildung der Ionen erforderlich ist?

Nein. Das ionische Potential geht von bereits vorhandenen einfach geladenen Ionen aus. Ihre Herstellung und der Elektronentransfer liegen außerhalb des Modells.

Warum ist die Kraft am Boden des Potentials null?

An einem glatten Potentialminimum verschwindet die Ableitung der Energie. Eine kleine Verschiebung erzeugt in diesem Modell dann eine rücktreibende Kraft.