Метан молекулярные орбитали

Теперь мы знаем, что, если центральный атом имеет наполовину заполненные одну 5- и три р-орбитали, образуются четыре связи с тетраэдрическими углами между ними. Согласно простому методу молекулярных орбиталей, такие углы должны появляться всегда, независимо от атома, с которым связан центральный атом. На примере многих галогензамещенных метанов, для которых хорошо известны все углы между связями, видно, что это правило выполняется с поразительной точностью. Некоторые из этих соединений приведены в табл. 6.1. В каждом случае углы между связями с точностью до одного или двух градусов совпадают с тетраэдрическим углом 109° 28. [c.173]

Если предлагаемые молекулярные комплексы соответствуют лимитирующей стадии каталитической реакции, то следует ожидать корреляции между каталитической активностью и степенью незавершенности заполнения -орбиталей (или степень -характера) в атомах переходных металлов. Пример такой корреляции дан на рис. 19 для системы гидрогенолиз этана в метан на металлических катализаторах [21 ] кроме того, этот пример иллюстрирует влияние периодичности на каталитические свойства металлов в пределах одной переходной серии. [c.101]

Связи между неодинаковыми атомами образуются аналогично. Связывающие электроны связи С — Н в насыщенном углеводороде находятся на молекулярной орбитали, состоящей из 15-орбитали атома водорода и гибридной 5р -орбитали атома углерода. Так, на четырех сг-орбиталях этого типа расположены связывающие электроны в молекуле метана СН4. Как и в молекуле Н2, разрыхляющие а-орбитали связи С — Н отвечают более высоким энергиям, причем первое одноэлектронное возбуждение а а в метане наблюдается при длине волны около 120 ммк. Последующие углеводороды содержат орбитали связи С — С, а также С — Н, но и в этом случае энергия возбуждения лежит еще достаточно высоко, и поглощение наблюдается в дальней ультрафиолетовой области. Поэтому чистые насыщенные углеводороды прозрачны для длин волн ближней ультрафиолетовой области. [c.54]

Если перекрывание двух атомных орбиталей происходит вдоль их главных осей, то возникающую при этом связываю-ш,ую молекулярную орбиталь называют а-орбиталью, а обра зующуюся связь — соответственно о-связью а-Молекуля,риая орбиталь и находящиеся на ней электроны локализованы симметрично относительно линии, соединяющей ядра атомов, участвующих в образовании связи. Так, например, при образовании связей с атомами водорода в метане четыре гибридных 5р -атомных орбиталей атома углерода перекрываются с 15-атомными орбиталями четырех атомов водорода, образуя четыре идентичных прочных а-связи под углами 109°28 (тетраэдрический угол). Сходная, строго симметричная тетраэдрическая структура возникает также при образовании ССЦ. В случае же СН2С12 структура будет уже несколько отличаться от полностью симметричной, хотя в целом она останется тетраэдрической два объемистых атома хлора будут занимать несколько большую часть пространства, чем атомы водорода, и углы между связями Н—С—Н и С1—С—С будут несколько отличаться от величины 109" 28 и один от другого. . [c.22]

Качественное рассмотрение симметрии я геометрических свойств атомных орбиталей, входящих в более сложные молекулы, может пояснеть, как описывают молекулы с помощью молекулярных орбиталей. В качестпе примера можно использовать метан. Расчет молекулярных орбиталей ма уроане ССП приводит к энергиям, которые показаны на рис. 1.10 (26j. [c.28]

При такой ориентации молекулы обнаруживается, что метан обладает тремя осями симметрий второго порядка, по одной вдоль каждой КЗ осей X, у и г. Вследствие такой симметрии молекулы соотдетстпую-щие молекулярные орбитали метана должны обладать симметрией по отношению к тем же осям. Существует две возможности орбиталь может оставаться неизменной при вращении иа 180° вокруг оси (она симметрична) или она может превращаться в орбиталь идентичной формы, но противоположного знака при выполнении операции симметрии (она антисимметрична). Эя-Орбиталь углерода симметрична по отношению к каждой оси, но каждая из трех 2р-орбиталей антисимметрична к двум из осей и симметрична по отношению к одной оси. Комбинации, которые приводят к молекулярным орбиталям, удовлетворяющим этим требованиям симметрии, показаны ниже. [c.29]

Согласно теории электронных пар (точечные структуры Льюиса), в метане четыре атома водорода связаны четырьмя электронными парами с центральным атомом углерода. Лежащие глубоко внутри 18-электроны атома углерода можно рассматривать как несвязывающие, и в большинстве случаев ими можно пренебречь. Четыре валентные орбитали метана не идентичны одна орбиталь не имеет узловых плоскостей, а три другие представляют собой вырожденные орбитали (т. е. равной энергии) и имеют по одной узловой плоскости. Формы этих орбиталей изображены на рис. 2.1. Необходимо ясно понимать, что существование связывающих орбиталей разной энергии никоим образом не противоречит картине электронных пар, в которой все углерод-водо-родные связи идентичны. Тетраэдрическое расположение атомов водорода четко видно при комбинации этих четырех орбиталей. Наличие различающихся между собой молекулярных орбиталей удается продемонстрировать только методом фотоэлектронной спектроскопии, позволяющим непосредственно измерять энергетические уровни электронов. Фотоэлектронный спектр подтверждает, что в валентной [c.15]

В гл. 2 уже говорилось о том, что метан содержит два типа связывающих молекулярных орбиталей тотально симметричную 1/1 и три вырожденные орбитали 1/2, и /4, каждая из которых имеет узловую плоскость. Это не означает, что существует какое-то различие в связывании четырех атомов водорода. Водородные атомы размещены те-траэдрически вокруг центрального атома углерода, и связи имеют равную энергию. Чтобы рассчитать энергию диссоциации связи и другие физические характеристики связей углерод - водород, удобно скомбинировать 2в- и три 2р-орбитали атома углерода, и тогда получатся гибридные орбитали 8р (символ 8р указывает, что гибрид получен из одной 28- и трех 2р-орбиталей). Эти гибридные орбитали углерода перекрываются с Ь-орбиталями четырех атомов водорода, образуя четыре тетраэдрические связи. Гибридизация-это математический прием, позволяющий рассчитать энергию и пространственную ориентацию атомов в молекуле. Если исследовать энергетические уровни в метане, например, методом фотоэлектронной спектроскопии, то в действительности мы обнаружим два энергетических уровня, о чем говорилось в гл. 2. Кроме того, величину константы спин-спинового взаимодействия Н—в спектре ЯМР можно интерпретировать через 5-характер центрального атома углерода. [c.35]

Суть реакции между радикалом и алканом состоит в том, что в ней участвует однократно (одноэлектронно) занятая молекулярная орбиталь (ОЗМО) радикала. Простейшей радикальной реакцией является взаимодействие метильного радикала с метаном (рис. 4.1). ОЗМО может или отдавать, или принимать один электрон, так что в реакцию могут вовлекаться как ВЗМО, так и НСМО метана. Энергетические уровни ОЗМО радикала и ВЗМО метана близки, и взаимодействие между ними будет главным. ОЗМО этиль- [c.41]

Остается упомянуть о критериях, используемых для определения матрицы преобразования 1). В случае симметричных молекул, таких, как метан, можно воспользоваться тем, что в молекуле имеются эквивалентные атомы или связи. Скажем, если нас интересуют какие-либо свойства связи С—Н (например, ее дипольный момент) в молекуле СН4, следует провести такое преобразование исходной системы молекулярных орбиталей, которое позволит найти четыре физически эквивалентные орбитали, описывающие четыре связи С—Н в метане. Оказывается, что, если молекулярные орбитали найдены методом МО ЛКАО в минимальном базисе атомных орбиталей (см. обсуждение молекулы С2Н4 в разд. 6.6), симметрия системы позволяет определить все параметры соответствующей матрицы преобразования. [c.304]

Беспорядочные синтетические процессы, в которых принимали участие метан, аммиак и вода (наиболее древние молекулы Земли), по-видимому, явились причиной образования органических соединений на ранних стадиях существования Земли. Из массы разнообразных органических соединений в результате отбора , оиреде-лявнлегося их термодинамической стабильностью и другими важными свойствами (например, энергией молекулярных орбиталей, основностью атомов азота гетероциклических ядер и аминогрупп), накапливались биомолекулы (аминокислоты, пурины, пирамиди-ны, порфирины), затем биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты), взаимодействие которых создало на Земле в течение первых полутора миллиардов лет ее существования уникальное свойство материи — жизнь. [c.6]

В 1963 г. Питцер и Липскомб [117] применили метод ЛКАО ССП для расчета полных энергий заслоненной и шахматной конформаций этана и определили вращательный барьер, как разность их энергий. Хотя рассчитанные значения полных энергий очень сильно отличались от экспериментально определенных величин, полученная величина вращательного барьера (3,3 ккал-моль ) оказалась величиной правильного порядка. Для построения молекулярных орбиталей Питцер и Липскомб пользовались минимальным набором слэтеровских атомных орбиталей. Позднее авторы выполнили аналогичные расчеты с гауссовскими основными наборами и получили для барьера сходные значения [23, 44, 111]. Питцер пересчитал вращательный барьер с набором экспоненциальных атомных орбиталей, удовлетворяющих минимуму энергии в метане, и обсудил довольно эффективное погашение ошибок при расчетах полной энергии [116]. [c.81]

При построении молекуля5ноорбитальных волновых функций для органических молекул возникают два новых осложнения молекулярные орбитали являются многоцентровыми , и, как почти во всех нелинейных молекулах, углы между связями не соответствуют очевидной ориентации базисных атомных орбиталей. Прежде чем перейти к этим проблемам, рассмотрим две двухатомные молекулы — одну гомоядерную и одну гетероядерную. Такими молекулами являются и НР рассматривая их, можно попутно выяснить некоторые квантовомеханические особенности ковалентной связи, объяснение которых было бы необоснованно сложным, если обратиться непосредственно к алкенам или другим органическим молекулам. После предварительного рассмотрения Рз и НР будет меньше затруднений при описании связей в ацеталене, этилене и метане. [c.57]

Если две атомные орбитали перекрываются вдоль их главных осей, то возникающую при этом связывающую орбиталь называют о-орбиталью , а образующуюся связь — о-связью. Молекулярная ст-орбиталь и находящиеся на ней электроны локализованы симметрично относительно линии, соединяющей ядра атомов, участвующих в образовании связи. Так, при образовании связей с атомами водорода в метане четыре гибридные 5у0 -орбитали атома углерода перекрываются с Ь-орбиталями четырех атомов водорода, образуя четыре идентичные прочные ст-связи, располагающиеся под углом 109°28 друг к другу (стандартный тетраэдрический угол). Сходная строго симметричная тетраэдрическая структура возникает также, например, при образовании ССЦ если же атомы, образующие связи с углеродом, неодинаковы, например в случае СНгСЬ, пространственная структура будет несколько отличаться от полностью симметричной, хотя по существу она остается тетраэдрической (ср. разд. 1.2). [c.15]

Таким же образом можно считать, что атом углерода имеет валентную конфигурацию 15 2з2рх2ру2р2 , получающуюся из конфигурации основного состояния при переходе одного из двух электронов, находящихся первоначально на 25-орбитали атома, на первоначально вакантную 2рг-орбиталь. В этой возбужденной конфигурации имеется четыре неспаренных электрона с одинаковыми спинами и их взаимодействие минимально, если они находятся на максимально возможном расстоянии друг от друга, т, е. в углах правильного тетраэдра с ядром в центре. Система лучше всего описывается четырьмя гибридными зр -орбиталями, аналогичными гибридным орбиталям в атоме неона [разд. 1,13, уравнение (1.48)]. Поэтому такую молекулу, как метан СН4, можно описать при помощи четырех локализованных связывающих молекулярных а-орбиталей, образованных комбинацией (перекрыванием) этих гибридных орбиталей с 15-орбиталями атомов водорода. В результате молекула метана имеет тетраэдрическое строение. [c.46]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология