4.12 Orbitals in Polyatomic Molecul

4.12 Orbitals in Polyatomic Molecules
The molecular orbital theory of polyatomic molecules follows the same principles
as those outlined for diatomic molecules, but the molecular orbitals spread over all
the atoms in the molecule. An electron pair in a bonding orbital helps to bind
together the whole molecule, not just an individual pair of atoms. The energies of
molecular orbitals in polyatomic molecules can be studied experimentally by using
ultraviolet and visible spectroscopy (see Major Technique 2, following this chapter).
An important polyatomic molecule is benzene, C6H6, the parent of the aromatic
compounds. In the molecular orbital description of benzene, all 30 C2s-,
C2p-, and H1s-orbitals contribute to molecular orbitals spreading over all 12
atoms (six C plus six H). The orbitals in the plane of the ring (the C2s-, C2px-, and
C2py-orbitals on each carbon atom and all six H1s-orbitals) form delocalized
-orbitals that bind the C atoms together and link the H atoms to the C atoms. The
six C2pz-orbitals, which are perpendicular to the ring, contribute to six delocalized
-orbitals that spread all the way around the ring.
Chemists (other than those carrying out detailed calculations, who use a pure
MO scheme) commonly mix MO and VB descriptions when discussing organic
molecules. Because the language of hybridization and orbital overlap is well suited
to the description of -bonds, chemists typically express the -framework of molecules
in VB terms. Thus, they think of the -framework of benzene as formed by
the overlap of sp2 hybridized orbitals on neighboring atoms. Then, because delocalization
is such an important feature of the -bonding component of conjugated
double bonds, which alternate as in ßC£CßC£CßC£Cß, they treat such -bonds
in terms of MO theory. We shall do the same.
First, the VB part of the description of benzene. Each C atom is sp2 hybridized,
with one electron in each hybrid orbital. Each C atom has a pz-orbital perpendicular
to the plane defined by the hybrid orbitals, and it contains one electron. Two sp2
hybrid orbitals on each C atom overlap and form -bonds with similar orbitals on
the two neighboring C atoms, forming the 120 internal angle of the benzene hexagon.
The third, outward-pointing sp2 hybrid orbital on each C atom forms a -bond
with a hydrogen atom. The resulting -framework is the same as that illustrated in
Fig. 4.20.
THINKING POINT Suppose you wanted a fully MO description of the benzene
molecule. How many -orbitals would you need to construct?
How many would be occupied?
Now for the MO part of the description. From the six C2pz-orbitals, we form
six delocalized -orbitals; their shapes are shown in FIG. 4.35 and their energies are
shown in FIG. 4.36. The character of the orbitals changes from net bonding to net
antibonding as the number of internuclear nodes increases from none (fully bonding)
to six (fully antibonding).
Each carbon atom provides one electron for the -orbitals. Two electrons
occupy the lowest-energy, most bonding orbital, and the remaining four electrons
occupy the next higher-energy orbitals (two orbitals of the same energy). Figure
4.36 shows one of the reasons for benzene’s great stability: the -electrons occupy
only orbitals with a net bonding effect; none of the destabilizing antibonding orbitals
is occupied.
The delocalization of electrons accounts for the existence of electron-deficient
molecules. Because the bonding influence of an electron pair is spread over all
the atoms in the molecule, there is no need to provide one pair of electrons for
each pair of atoms. A smaller number of pairs of electrons spread throughout the molecule may be able to bind all the atoms together, particularly if the nuclei are
not highly charged and so do not repel one another strongly. This is the case for
diborane, B2H6 (Section 16.11), in which six electron pairs can hold the eight nuclei
together.
Another mystery solved by molecular orbital theory is the existence of hypervalent
compounds, compounds in which a central atom forms more bonds than
allowed by the octet rule (recall Section 3.10). In valence-bond theory, hybridization
schemes are required to make sense of these compounds. For example, the
expanded valence shell of Period 3 elements in compounds such as SF6 is
explained as sp3d2 hybridization. However, the d-orbitals of sulfur lie at relatively
high energies and may not be accessible for bonding. In molecular orbital
theory a bonding scheme can be devised for SF6 that does not involve d-orbitals.
The four valence orbitals provided by the sulfur atom and the six orbitals of the
fluorine atoms that point toward the sulfur atom, a total of 10 atomic orbitals,
result in 10 molecular orbitals with the energies shown in FIG. 4.37. The 12 electrons
occupy the lowest six orbitals, which are either bonding or nonbonding,
and so bind all the atoms together without needing to use d-orbitals. Because
four bonding orbitals are occupied, the average bond order of each of the six S−F
links is 23
.
According to molecular orbital theory, the delocalization of electrons in a
polyatomic molecule spreads the bonding effects of electrons over the entire
molecule.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

4.12 orbitals ในโมเลกุล Polyatomicทฤษฎีโมเลกุลของวงโคจรของโมเลกุล polyatomic ตามหลักการเดียวกันที่ระบุไว้สำหรับโมเลกุล diatomic แต่ orbitals โมเลกุลกระจายทั้งหมดอะตอมในโมเลกุล คู่เป็นอิเล็กตรอนในงานที่ของวงโคจรช่วยผูกกันโมเลกุลทั้งหมด ไม่ใช่แค่ละคู่อะตอม พลังงานของสามารถศึกษา orbitals โมเลกุลในโมเลกุล polyatomic experimentally โดยกรังสีอัลตราไวโอเลต และมองเห็นได้ (ดู 2 เทคนิคหลัก ต่อบทนี้)เบนซีน C6H6 แม่ของหอมเป็นโมเลกุล polyatomic เป็นสำคัญสารประกอบ คำอธิบายของวงโคจรระดับโมเลกุลของเบนซีน ทั้งหมด 30 C2s-C2p และ H1s orbitals ร่วม orbitals โมเลกุลแพร่กระจายเกิน 12 ทั้งหมดอะตอม (C 6 บวก H 6) Orbitals ในระนาบของแหวน (C2s- C2px- และC2py-orbitals ในแต่ละอะตอมของคาร์บอนทั้งหมดหก H1s-orbitals) แบบฟอร์ม delocalized-orbitals ที่ผูกอะตอม C เข้าด้วยกัน และเชื่อมโยงอะตอม H กับอะตอม C ที่หก C2pz-orbitals ซึ่งตั้งฉากกับแหวน ร่วมหก delocalized-orbitals ที่กระจายอยู่รอบ ๆ แหวนนักเคมี (ไม่ดำเนินการคำนวณโดยละเอียด ที่ใช้ความบริสุทธิ์โครงร่าง MO) โดยทั่วไปผสมคำอธิบาย MO และ VB เมื่อสนทนาเกษตรอินทรีย์โมเลกุล เนื่องจากภาษา hybridization และทับซ้อนโคจรไม่เหมาะสมคำอธิบายของ - พันธบัตร นักเคมีโดยทั่วไปด่วนกรอบของโมเลกุลใน VB ดังนั้น พวกเขาคิดว่า กรอบของเบนซีนเกิดขึ้นจากทับซ้อนของ sp2 เป็น orbitals บนอะตอมใกล้เคียง จาก นั้น เนื่องจาก delocalizationเป็นเช่นคุณลักษณะสำคัญของส่วนประกอบของงานกลวงพันธบัตร คู่ที่อื่นใน ßC£ CßC£ CßC£ Cß พวกเขาถือพันธบัตรดังกล่าว -ในแง่ของทฤษฎี MO เราจะทำเหมือนกันแรก ส่วน VB ของคำอธิบายของเบนซีน แต่ละอะตอม C เป็น sp2 เป็นมีอิเล็กตรอนหนึ่งในแต่ละไฮบริโคจร แต่ละอะตอม C มีเส้นตั้งฉากกับออร์บิทัล pzการบินที่กำหนด โดย orbitals ไฮบริ และประกอบด้วยอิเล็กตรอนเดียว สอง sp2ไฮบริ orbitals ในแต่ละอะตอม C ทับซ้อน และแบบ ฟอร์ม - พันธบัตรกับ orbitals คล้ายบนทั้งสองใกล้เคียงอะตอม C การขึ้นรูปหกเหลี่ยมเบนซีนภายในมุม 120ไฮบริ sp2 สาม ชี้ออกไปด้านนอกของวงโคจรบนฟอร์มแต่ละอะตอม C a - พันธบัตรกับอะตอมไฮโดรเจน การเกิด-กรอบจะเหมือนกับที่แสดงในFig. 4.20คิดจุดสมมติว่า คุณต้องการเต็ม MO อธิบายของเบนซีนโมเลกุล จำนวน - orbitals จะคุณจำเป็นต้องสร้างจำนวนจะถูกครอบครองหรือไม่สำหรับส่วน MO ของคำอธิบาย จากหก C2pz-orbitals เรามีรูปแบบหก delocalized - orbitals รูปทรงแสดงอยู่ใน FIG. 4.35 และพลังงานของพวกเขาแสดงใน FIG. 4.36 อักขระของ orbitals เปลี่ยนแปลงจากงานสุทธิสุทธิantibonding เป็นหมายเลขของโหน internuclear เพิ่มขึ้นจากไม่มี (ทั้งหมดยึดติด)การหก (antibonding เต็ม)แต่ละคาร์บอนอะตอมให้อิเล็กตรอนหนึ่งสำหรับ orbitals- สองอิเล็กตรอนครอบครองต่ำพลังงาน ส่วนใหญ่ยึดออร์บิทัล และอิเล็กตรอน 4 ที่เหลือครอบครอง orbitals พลังงานสูงกว่าถัดไป (orbitals สองพลังงานเดียวกัน) รูป4.36 แสดงสาเหตุของเบนซีนดีมั่นคงอย่างใดอย่างหนึ่ง: อิเล็กตรอนครอบครองorbitals กับสุทธิยึดผล ไม่มีของ destabilizing antibonding orbitalsไม่ว่างDelocalization ของอิเล็กตรอนที่มีอิเล็กตรอนไม่บัญชีโมเลกุล เนื่องจากอิทธิพลของคู่อิเล็กตรอนยึดจะราดทั้งหมดอะตอมในโมเลกุล ไม่จำเป็นต้องให้หนึ่งคู่ของอิเล็กตรอนในแต่ละคู่ของอะตอม จำนวนคู่ของอิเล็กตรอนที่กระจายไปทั่วโมเลกุลเล็กลงอาจผูกอะตอมทั้งหมดด้วยกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าการแอลฟาคิดค่าบริการไม่สูง และจึง ไม่ขับไล่กันอย่างยิ่ง สำหรับในกรณีนี้diborane, B2H6 (ส่วน 16.11), เป็นคู่อิเล็กตรอนที่หกสามารถเก็บแอลฟา 8ร่วมกันแก้ไข โดยทฤษฎีโมเลกุลของวงโคจรลึกลับอีกคือ การดำรงอยู่ของ hypervalentสาร สารประกอบที่อะตอมกลางสร้างพันธบัตรเพิ่มเติมกว่าอนุญาตตามกฎออกเตต (เรียกคืนส่วน 3.10) ในทฤษฎีพันธะเวเลนซ์ hybridizationแผนงานจะต้องเหมาะสมของสารเหล่านี้ ตัวอย่าง การขยายเวเลนซ์เชลล์ของระยะ 3 องค์ประกอบในสารประกอบเช่น SF6 จะอธิบายเป็น sp3d2 hybridization อย่างไรก็ตาม d-orbitals กำมะถันอยู่ที่ค่อนข้างพลังงานสูง และไม่อาจเข้ายึด ในออร์บิทัลโมเลกุลทฤษฎีแผนงานสามารถถูกกำหนดสำหรับ sf6 เป็นที่เกี่ยวข้องกับ d orbitalsOrbitals เวเลนซ์ 4 อะตอมกำมะถันและ orbitals 6 ของการอะตอมฟลูออรีนที่ชี้ไปยังอะตอมกำมะถัน จำนวน orbitals อะตอม 10ผลใน orbitals 10 โมเลกุล มีพลังงานที่แสดงใน FIG. 4.37 อิเล็กตรอน 12ครอบครองสุดหก orbitals ซึ่งมีการติดยึดหรือ nonbondingและเพื่อ ผูกอะตอมทั้งหมดเข้าด้วยกันได้โดยไม่ต้องใช้ d orbitals เนื่องจากงานสี่ orbitals จะครอบครอง พันธะเฉลี่ยของแต่ละ S−F หกเชื่อมโยงเป็น 23.ตามทฤษฎีของวงโคจรระดับโมเลกุล delocalization ของอิเล็กตรอนในการโมเลกุล polyatomic แพร่กระจายผลงานของอิเล็กตรอนผ่านทั้งหมดโมเลกุล

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

4.12 Orbitals ในโมเลกุล polyatomic
ทฤษฎีวงโคจรโมเลกุลของโมเลกุล polyatomic
ตามหลักการเดียวกันกับผู้ที่ระบุไว้สำหรับโมเลกุลแต่โมเลกุล orbitals
แผ่กระจายไปทั่วทุกอะตอมในโมเลกุล
คู่อิเล็กตรอนในพันธะโคจรจะช่วยให้การผูกกันโมเลกุลทั้งไม่ได้เป็นเพียงคู่ของแต่ละอะตอม พลังงานของโมเลกุล orbitals โมเลกุล polyatomic สามารถศึกษาทดลองโดยใช้รังสีอัลตราไวโอเลตและสเปกโทรสโกที่มองเห็นได้(ดูเทคนิคที่สำคัญ 2 ต่อไปนี้บทนี้). โมเลกุล polyatomic ที่สำคัญคือเบนซิน C6H6, แม่ของหอมสารประกอบ ในคำอธิบายการโคจรระดับโมเลกุลของเบนซิน 30 C2s-, C2p- และ H1S-orbitals นำไปสู่โมเลกุล orbitals แผ่กระจายไปทั่วทั้ง 12 อะตอม (C หกบวกหก H) orbitals ในระนาบของแหวน (คน C2s-, C2px- และC2py orbitals ในอะตอมของคาร์บอนแต่ละคนและทั้งหก H1S-orbitals) รูปแบบ delocalized? -orbitals ที่ผูกอะตอม C ด้วยกันและเชื่อมโยงอะตอม H ไปที่ C อะตอม หก C2pz-orbitals ซึ่งตั้งฉากกับแหวนนำไปสู่การหก delocalized? -orbitals ที่แพร่กระจายทุกทางรอบแหวน. นักเคมี (นอกเหนือจากที่ดำเนินการคำนวณรายละเอียดที่ใช้บริสุทธิ์โครงการMO) ทั่วไปและผสม MO รายละเอียด VB เมื่อพูดถึงอินทรีย์โมเลกุล เพราะภาษาที่ใช้ในการผสมพันธุ์และการทับซ้อนวงมีความเหมาะสมดีถึงคำอธิบายของ? -bonds เคมีมักจะแสดงหรือไม่ -framework ของโมเลกุลในแง่VB ดังนั้นพวกเขาคิดว่า? -framework ของเบนซีนเป็นที่เกิดขึ้นจากการซ้อนทับกันของไฮบริดออร์บิทัsp2 ในอะตอมใกล้เคียง แล้วเพราะ delocalization ดังกล่าวเป็นคุณลักษณะที่สำคัญของ? -bonding ส่วนประกอบของผันพันธะคู่ซึ่งเป็นทางเลือกในSSC อ.ก.พ. £££ อ.ก.พ. CSS, พวกเขาปฏิบัติเช่น -bonds? ในแง่ของทฤษฎี MO เราจะทำเช่นเดียวกัน. ครั้งแรกที่เป็นส่วนหนึ่งของ VB รายละเอียดของเบนซีน แต่ละอะตอมซี sp2 ไฮบริด, กับอิเล็กตรอนในวงโคจรแต่ละไฮบริด แต่ละอะตอม C มี PZ-โคจรตั้งฉากกับระนาบที่กำหนดโดยorbitals ไฮบริดและจะมีอิเล็กตรอน สอง sp2 orbitals ไฮบริดทับซ้อนกันในแต่ละอะตอม C และรูปแบบ? -bonds กับ orbitals ที่คล้ายกันในทั้งสองอยู่ใกล้เคียงอะตอมC รูป 120? มุมภายในของรูปหกเหลี่ยมเบนซีน. ที่สามออกไปด้านนอกชี้ sp2 ไฮบริดโคจรในแต่ละอะตอม C รูปแบบ? -bond กับอะตอมไฮโดรเจน ผล? -framework เป็นเช่นเดียวกับที่แสดงในรูป 4.20. จุดคิดสมมติว่าคุณต้องการคำอธิบายอย่างเต็มที่ MO ของเบนซีนโมเลกุล วิธีการหลาย? -orbitals คุณจะต้องสร้าง? วิธีการหลายจะได้ครอบครอง? ตอนนี้ส่วน MO คำอธิบาย จากหก C2pz-orbitals เราในรูปแบบหกdelocalized -orbitals; รูปร่างของพวกเขาจะแสดงในรูป 4.35 และพลังงานของพวกเขาจะแสดงในรูป 4.36 ลักษณะของการเปลี่ยนแปลง orbitals จากพันธะสุทธิสุทธิantibonding เป็นจำนวนโหนด Internuclear เพิ่มขึ้นจากไม่มี (พันธะเต็ม) ถึงหก (อย่างเต็มที่ antibonding). อะตอมของคาร์บอนแต่ละอิเล็กตรอนสำหรับ? -orbitals สองอิเล็กตรอนครอบครองต่ำสุดพลังงานพันธะมากที่สุดวงโคจรและที่เหลืออีกสี่อิเล็กตรอนครอบครองต่อไปorbitals พลังงานที่สูงขึ้น (สอง orbitals ของพลังงานที่เดียวกัน) รูปที่4.36 แสดงให้เห็นว่าหนึ่งในเหตุผลที่ดีเพื่อความมั่นคงของเบนซีนที่: -electrons ครอบครอง? orbitals เฉพาะกับผลพันธะสุทธิ ไม่มี orbitals antibonding ทำให้เกิดความวุ่นวายที่ถูกครอบครอง. delocalization อิเล็กตรอนบัญชีสำหรับการดำรงอยู่ของอิเล็กตรอนขาดแคลนโมเลกุล เพราะอิทธิพลของพันธะคู่อิเล็กตรอนจะถูกกระจายไปทั่วอะตอมในโมเลกุลที่มีความจำเป็นที่จะให้หนึ่งคู่ของอิเล็กตรอนสำหรับคู่ของอะตอมแต่ละ จำนวนที่มีขนาดเล็กของคู่ของอิเล็กตรอนกระจายไปทั่วโมเลกุลอาจจะไม่สามารถที่จะผูกอะตอมทั้งหมดเข้าด้วยกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้านิวเคลียสจะไม่คิดค่าบริการสูงและจึงไม่ขับไล่คนอื่นอย่างมาก นี่เป็นกรณีสำหรับdiborane, B2H6 (มาตรา 16.11) ซึ่งหกคู่อิเล็กตรอนสามารถถือแปดนิวเคลียสด้วยกัน. ลึกลับอีกแก้ไขได้โดยทฤษฎีการโคจรโมเลกุลคือการดำรงอยู่ของ hypervalent สารประกอบสารประกอบที่อะตอมกลางรูปแบบพันธบัตรมากกว่าที่ได้รับอนุญาตโดยกฎออกเตต (ที่จำมาตรา 3.10) ในทางทฤษฎีจุพันธบัตรพันธุ์รูปแบบจะต้องทำให้ความรู้สึกของสารเหล่านี้ ยกตัวอย่างเช่นเปลือกจุขยายระยะเวลา 3 องค์ประกอบในสารเช่น SF6 จะอธิบายได้ว่าเป็นพันธุ์sp3d2 อย่างไรก็ตาม d orbitals โกหกของกำมะถันที่ค่อนข้างพลังงานสูงและอาจจะไม่สามารถเข้าถึงได้สำหรับพันธะ ในวงโคจรโมเลกุลทฤษฎีโครงการพันธะสามารถวางแผนสำหรับ SF6 ที่ไม่เกี่ยวข้องกับ d-orbitals. สี่ orbitals จุให้โดยอะตอมกำมะถันและหก orbitals ของอะตอมฟลูออรีนที่ชี้ไปยังอะตอมกำมะถันรวม10 orbitals อะตอม , ส่งผลใน 10 orbitals โมเลกุลที่มีพลังงานที่แสดงในรูป 4.37 12 อิเล็กตรอนครอบครองต่ำสุดหกorbitals ซึ่งมีทั้งพันธะหรือ nonbonding, และอื่น ๆ ผูกอะตอมทั้งหมดเข้าด้วยกันโดยไม่จำเป็นต้องใช้ orbitals d- เพราะสี่ orbitals พันธะจะถูกครอบครองที่สั่งซื้อพันธบัตรเฉลี่ยของแต่ละหก S-F เชื่อมโยง 23. ตามทฤษฎีการโคจรโมเลกุล delocalization อิเล็กตรอนในโมเลกุลpolyatomic กระจายผลกระทบพันธะของอิเล็กตรอนมากกว่าทั้งโมเลกุล

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

4.12 ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลทฤษฎีการโคจรในพอลิอะตอมิก
โมเลกุลของโมเลกุลพอลิอะตอมิกตามหลักการเดียวกัน
เป็นผู้อธิบายไว้สำหรับโมเลกุลอะตอมคู่ แต่ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลกระจายทั่ว
อะตอมในโมเลกุล อิเล็กตรอนคู่ในการเชื่อมโคจรช่วยผูก
ด้วยกันโมเลกุลทั้งหมด ไม่ใช่แค่แต่ละคู่ของอะตอม พลังของ
ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลในโมเลกุลของพอลิอะตอมิกสามารถศึกษาทดลองโดยใช้
รังสีอัลตราไวโอเลตและมองเห็นสเปกโทรสโกปี ( ดูเทคนิคสาขา 2 ตามบทนี้ ) .
เป็นโมเลกุลพอลิอะตอมิกสําคัญคือ เบนซิน c6h6 , ผู้ปกครองของสารประกอบอะโรมาติก

ในการอธิบายวงโคจรโมเลกุลของเบนซีน ทั้งหมด 30 c2s -
c2p - และ h1s วงโคจรไปสู่ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลที่แพร่กระจายไปทั่วทั้ง 12