Über dieses Experiment
Besetze bindende und antibindende Orbitalboxen, sage die Bindungsordnung und die Zahl ungepaarter Elektronen voraus und untersuche die Phaseninterferenz von Atomorbital-Kombinationen in drei Dimensionen.
Lernziele
- Wende die Pauli-Besetzungsregel und die Hundsche Regel für entartete Orbitale an.
- Berechne die Modell-Bindungsordnung anhand der Zahl bindender und antibindender Elektronen.
- Setze ungepaarte Elektronen mit einer einfachen paramagnetischen Vorhersage in Beziehung.
Anleitung
- 1Lade Sauerstoff und bestätige zwei ungepaarte Elektronen in seinen entarteten antibindenden π-Orbitalen.
- 2Vergleiche die Bindungsordnungen von Stickstoff und Sauerstoff sowie ihre ausgewählten Orbitalflächen.
- 3Entferne die Elektronen, platziere sie manuell und vergleiche deine Besetzungen mit der Grundzustandsbesetzung.
- 4Untersuche eine bindende und eine antibindende Kombination und bestimme, sofern vorhanden, einen Knoten zwischen den Kernen.
Das Modell
Annahmen
- Die Energieniveaus sind schematisch dargestellt. Bei B2, C2 und N2 liegen die bindenden π-Niveaus unter σ-2p; bei O2, F2 und Ne2 ist die Reihenfolge umgekehrt.
- In den Diagrammen der zweiten Periode sind die besetzten bindenden und antibindenden 1s-Kernorbitale nicht dargestellt, deren Beiträge zur Bindungsordnung sich aufheben. Wasserstoff und Helium verwenden nur 1s-Kombinationen.
- Für die Isosurflächen werden nicht normierte Kombinationen wasserstoffähnlicher 1s-, 2s- oder 2p-Orbitale mit einer gemeinsamen effektiven Längenskala verwendet. Es handelt sich weder um selbstkonsistente Molekülorbitale noch um gemessene Energien.
- Manuelle Besetzungen angeregter Zustände sind zulässig, und eine positive Bindungsordnung allein beweist nicht die tatsächliche Stabilität eines Moleküls. Die magnetische Klassifizierung folgt der einfachen Regel der ungepaarten Elektronen.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Warum hat Sauerstoff ungepaarte Elektronen, obwohl seine Gesamtzahl an Elektronen gerade ist?
- Q2Warum senkt das Hinzufügen eines Elektrons zu einem antibindenden Orbital die Bindungsordnung um eine halbe Einheit?
Häufig gestellte Fragen
Warum können die beiden Farben an einem Knoten zusammentreffen?
Sie kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Orbitalamplitude. Ein Knoten ist eine Nullstelle der kombinierten Wellenfunktion; ihr Quadrat ergibt für dieses Orbital einen Beitrag von null.
Warum ändert sich die Reihenfolge der Orbitalzeilen bei den Elementen der unteren Periode?
Das Diagramm berücksichtigt den üblichen qualitativen Effekt der s-p-Mischung bei den leichteren zweiatomigen Molekülen der zweiten Periode. Es berechnet keine Orbitalenergien aus ersten Prinzipien.