Bài giảng hóa học đại cương chuyên đề phương pháp orbital phân tử (MO)

Phương pháp orbital phân tử (MO)
Phương pháp orbital phân tử (MO)
Tính thu n t cu Oậ ừ ả
Tính thu n t cu Oậ ừ ả
2
2
Lý thuyết orbital phân tử – liên kết cộng hóa trị
được tạo thành từ sự tổ hợp tuyến tính các AO tạo
thành các MO.
O
O
Không có điện tử độc thân
Nghịch từ
Thực nghiệm cho thấy O
2
thuận từ
Bất lợi cuả thuyết VB
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ THEO
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ THEO
PHƯƠNG PHÁP MO
PHƯƠNG PHÁP MO
a. Bài toán ion H
2
+
b. Quan niệm của phương pháp MO
c. Các luận điểm cơ sở của phương pháp MO
c. Áp dụng phương pháp MO cho các phân tử
bậc hai
Bài toán H
+

b2a1
H
CC
2
ψ+ψ=ψ
+
)(
2
1
)(C
babaSS
ψ−ψ=ψ−ψ=ψ








−+
πε
−
abba0
2
R
1
r
1
r

1
4
e
= V
ba
R
ab
r
br
a
e
─
)(
2
1
)(C
babaAA
ψ+ψ=ψ+ψ=ψ
Thế năng của electron :
Hàm sóng phân tử (MO) mô tả
chuyển động của một electron
trong ion H
2
+
Orbital phân tử (MO) liên kết
Orbital phân tử (MO) phản liên kết
Tổ hợp tuyến tính
cộng →có tác dụng
liên kết,năng lượng
thấp hơn→MO

lk
(σ
1S
)
Tổ hợp tuyến tính trừ
→có tác dụng phản
liên kết, năng lượng
cao hơn →MO
plk
(σ
1S
*
)
MO liên kết MO phản liên kết
Năng lượng thấp hơn Năng lượng cao hơn
Bền Không bền
Mật độ e giữa Mật độ e giữa
hai nhân tăng hai nhân giảm
Giản đồ năng lượng tạo thành các
MO từ các AO (S) trong ion H
2
+
σ
1s
- MO liên kết, có năng
lượng thấp hơn năng
lượng AO ban đầu
σ
1s

* -
MO phản liên kết
có năng lương cao hơn
năng lượng AO ban đầu
Quan niệm của phương pháp MO
•
Phân tử là một nguyên tử phức tạp đa nhân.
•
Mô tả sự chuyển động của từng electron riêng
biệt bằng hàm orbital phân tử (MO)
Các luận điểm cơ sở của phương pháp MO

Trạng thái của e được mô tả bằng các MO. Mỗi MO
được xác định gần đúng bằng phương pháp tổ hợp
tuyến tính các orbital nguyên tử ψ
MO
= ∑C
i
ψ
AO


Số MO tạo thành bằng số AO tham gia tổ hợp tuyến
tính


Phân tử - tổ hợp thống nhất gồm các hạt nhân và
các electron của các nguyên tử tương tác.
Điều kiện các AO tham gia tổ
Điều kiện các AO tham gia tổ

hợp tuyến tính
hợp tuyến tính
–
Năng lượng gần nhau.
–
Mức độ che phủ đáng kể.
–
Cùng tính đối xứng đối với trục liên nhân.
Sự che phủ các AO dọc theo trục liên nhân → MO σ
MO σ nhận trục liên nhân làm trục đối xứng
Sự che phủ các AO về hai phía trục liên nhân →MOπ
MO π có mặt phẳng phản xứng chứa trục liên nhân
Năng lượng các MO phụ thuộc vào năng lượng AO và
mức độ che phủ giữa các AO đó.
Sự tạo thành các MO từ sự tổ hợp
Sự tạo thành các MO từ sự tổ hợp
tuyến tính các AO của phân tử bậc hai
tuyến tính các AO của phân tử bậc hai
AO + AO → MO liên kết (σ, π…), E
MO
< E
AO
AO - AO → MO phản liên kết (σ* ,π* …), E
MO*
> E
AO

AO → MO không liên kết (σ
0
, π

0
…), E
MO
o
= E
AO
Sự tạo thành các MO
Sự tạo thành các MO
σ
σ
từ AO s
từ AO s
Sự tạo thành các MOσ,MOπ từ các AOp


Mỗi MO chỉ chứa tối đa 2 e có spin đối song
Mỗi MO chỉ chứa tối đa 2 e có spin đối song.
Trạng thái cuả các e trên các MO được đặc
Trạng thái cuả các e trên các MO được đặc
trưng bằng các số lượng tử phân tử |
trưng bằng các số lượng tử phân tử |
λ
λ
| và
| và
λ
λ


tương ứng giống như số lương tử

tương ứng giống như số lương tử


và m
và m




trong nguyên tử.
trong nguyên tử.
Các e sắp xếp vào các MO tuân theo nl vững
Các e sắp xếp vào các MO tuân theo nl vững
bền, nl ngoại trừ Pauli, quy tắc Hund
bền, nl ngoại trừ Pauli, quy tắc Hund
.
.
Trong nguyên tử Trong phân tử

= 0, 1, 2, 3… |λ| = 0, 1, 2, …
AO: s, p, d, f MO: σ, π, δ,
m

= 0, ±1, ±2, ± λ= 0, ±1, ±2, ±
π
=
2
h
mM
z 

π
λ=
2
h
M
z
Trong nguyên tử Trong phân tử thẳng A
2
(trục z là trục liên nhân)
= 0 m

= 0 → s
2

= 1 m

= 0, ±1 → p
6
|λ|=0 → λ=0 → σ
s
2
|λ| = 0 , 1
→ λ=0 , ±1
→ σ
px
2
(π
py
)
2

(π
pz
)

2


Các đặc trưng liên kết
Các đặc trưng liên kết
–
Lk được quyết định bởi các e lk mà không bị triệt
tiêu.
–
Một bậc lk ứng với một cặp e lk không bị triệt tiêu
–
Cho lk 2 tâm: Bậc lk
–
Tên của lk được gọi bằng tên của cặp e lk không
bị triệt tiêu
–
Bậc lk tăng thì năng lượng lk tăng còn độ dài lk
giảm
2
∑∑
∗
−
=
ee
lk
•

Thuyết MO coi sự hình thành liên kết hóa
học là sự chuyển điện tử (hóa trị) từ các AO
cuả các nguyên tử tương tác về các orbital
phân tử thuộc chung toàn bộ phân tử.

Việc mô tả cấu trúc phân tử gồm các bước
Việc mô tả cấu trúc phân tử gồm các bước

Bước 1: Xét sự tạo thành MO từ các AO

Bước 2: Sắp xếp các MO theo thứ tự năng lượng
tăng dần

Bước 3: Xếp các electron vào các MO

Bước 4: Xét các đặc trưng liên kết
Các phân tử bậc hai thuộc chu kỳ 1
1S ± 1S → σ
1s
, σ
1s
*


E :

σ
1s
< σ
1s

*
các phân tử bậc hai thuộc chu kỳ 1
AO MO AO
H H
2
H
1s
Năng lượng
1s
H
2
: [(σ
1s
)
2
] Bậc liên kết = 1
Nghịch từ