分子軌道法のエネルギー準位図

14問 • 1年前

問題一覧

水素分子を例とする縦軸をエネルギーとして、水素の原子軌道のエネルギー準位を適当な位置に書き、結合相手の水素原子を空間開けて右側に書くこれらの原子軌道を組み合わせると、エネルギーが低い軌道と高い軌道の2つの分子軌道かできる。原子軌道の数が増えても同じで、原子軌道と同じ数だけ分子軌道はできる

まる

電子配置を決める。水素原子は1電子ずつもっている

まる

2つの分子軌道ができたのは、1s軌道の符号が一致する場合と一致しない場合の2通りがあるから 1s軌道を図の⚪︎で示す。符号反対が⚫️

まる

一方で、エネルギーの高い分子軌道は異なる符号の1s軌道が重なった軌道で写真の上になる。符号反対は波を弱め合う

まる

符号が一致する分子軌道に電子が入るとこの電子は2つの核の間を自由に移動つまり2つの核と相互作用が可能で、一つの核と相互作用する1s軌道より安定

まる

結合性軌道と反結合性軌道について分子軌道は結合形成に関与する結合と関与しない結合に分類できる結合形成に関与する分子軌道は元の原子軌道よりエネルギーが低い軌道で結合性軌道と呼ぶ関与しない方は元の原子軌道よりエネルギーが高い軌道で反結合性軌道と呼ぶ

まる

結合次数は「(結合性軌道に入っている電子数ー反結合性軌道に入っている電子数)」÷2 結合次数の値が大きいほど強く短い結合で値が小さいほど弱く長い結合例として水素分子の結合次数を写真に

まる

酸素分子のエネルギー準位原子価結合法だと酸素分子が不対電子を持つ理由を説明できないが、分子軌道法は説明できるまず酸素原子の電子配置をかく

まる

まず2s軌道から

まる

2p軌道について p軌道はx,y,z軸方向の3種ある。結論からいうと2p軌道合計6つからは合計6つの分子軌道ができて、下の3つが軌道の符号一致する結合性軌道で上3つが軌道の符号が一致しない反結合性軌道

まる

軌道の対称性の一致について p軌道の重なりは正面と側面の2通りだけの理由他にもp軌道がT字形で重なる場合と垂直方向に重なる場合を考える。しかし、この2つは原子軌道が相互作用できずに分子軌道はつくれない。写真右側原子軌道が相互作用するためには各軌道の対称性が一致する必要がある。すなわち、各軌道が重なる部分の形状が一致していること、

まる

話を戻してp軌道からできる分子軌道の形状についてまず結合性軌道の形状。 p軌道が正面から重なる場合は大きな楕円型の軌道。側面から重なる場合は2つの楕円が並んだ軌道の2種類ができる

まる

そして分子軌道は結合の回転に対する対称性の違いからσ軌道/π軌道に分類されるこれはσ結合π結合と同じ考え方で、180度回転させても同じ符号ならσ軌道で、180度回転させると符号が変わるのがπ軌道反結合性軌道の場合、結合性軌道と区別するためにσスター軌道とπスター軌道に分類

まる

最後に構成原理とパウリの排他原理、フント則に則って電子配置を決めればエネルギー準位図は完成酸素分子はエネルギーの低いところから順番に電子のペアを入れていく。最後にπスター軌道に電子を入れる際は縮重しているのでフント則に乗っ取り各軌道にひとつずつ同じスピンで入るこの分子軌道のエネルギー準位図を見ると酸素分子は不対電子を持つことがわかる結合次数の確認結合性軌道に8こ反結合性軌道に4つあるので結合次数は2で二重結合を酸素分子が持つことがわかる

まる

生理学　1回

生理学　1回

生化学II 第一回

生化学II 第一回

分析化学1回