№ 3094Атомы и молекулыУровень 4

Электроотрицательность и выигрыш энергии при образовании связи

В задачах 1 и 2 понятие электроотрицательности используется для анализа прочности полярной связи AB и сравнения способности C и Si образовывать $\pi$-связи. Электроотрицательность тесно связана с энергией ионизации атомной орбитали и выражается в эВ. Для ответа потребуется теория невырожденных возмущений. Электроотрицательность — положительное число; оно наибольшее у атома с большой энергией ионизации.

Оценим прочность двухэлектронной связи между атомами A и B с разной электроотрицательностью. Приблизьте молекулярные орбитали линейными комбинациями одной валентной орбитали на A и одной на B: $\psi=c_1\phi_A+c_2\phi_B$. Для простоты считайте атомные орбитали приблизительно ортогональными: $S=\int\phi_A\phi_B\,d\tau\approx0$.

A. Оценим энергию связи AB, когда фиксированный атом A образует связь с различными партнёрами B различной электроотрицательности. Зафиксируйте электроотрицательность $\varepsilon_A$ и свободно изменяйте $\varepsilon_B$. Считайте матричный элемент связи независимым от электроотрицательности и для определённости равным единице: $V=\int\phi_A\hat H\phi_B\,d\tau\approx1$. В рамках этой модели вычислите энергию связи низшей молекулярной орбитали как функцию $\varepsilon_B$. Энергия связи равна $\varepsilon_{\max}-E_+$, где $\varepsilon_{\max}$ — большее из $\varepsilon_A,\varepsilon_B$. Иначе говоря, вычислите разность энергий низшей молекулярной и низшей атомной орбиталей при изменении электроотрицательности B. При какой разности электроотрицательностей связь AB самая прочная? Согласуется ли это с вашей химической интуицией? При желании можете подкрепить доводы несколькими справочными значениями прочности связей A–B.

B. Модель выше не учитывает взаимодействия электронов друг с другом. Как качественно изменятся результаты пункта A, если учесть это взаимодействие в приближении независимых электронов? Ответьте как можно конкретнее. Например, усилится или ослабнет связь? Изменится ли оптимальная электроотрицательность?

Предложить решение

Войти, чтобы отправить материал.