Сделать молекулярную энергетическую диаграмму HF полностью метод электронных орбиталий

Question 1

Задача Задача №3769459

А

Аноним

2 дня назад · публичный вопрос

А

Аноним 2 дня назад

Сделать молекулярную энергетическую диаграмму HF полностью метод электронных орбиталий

Answer

Кратко: у HF заполнены молекулярные орбитали
\[ (1\sigma)^2(2\sigma)^2(3\sigma)^2(1\pi)^4, \] а \(4\sigma^*\) пустая. Кратность связи: \[ \text{BO}=\frac{2-0}{2}=1. \] То есть есть одна \(\sigma\)-связь H–F, а \(1\pi\) и в основном \(2\sigma\) — несвязывающие орбитали.

Схема энергетических уровней HF

Энергия ↑

                                     4σ*   [   ]       разрыхляющая
               H1s  ───────────
F2p ───────────────────────────      1π    [↑↓][↑↓]   несвязывающая (F2px, F2py)
                          3σ    [↑↓]                  связывающая (F2pz + H1s)
F2s ───────────────────── 2σ    [↑↓]                  почти несвязывающая (F2s)
F1s ───────────────────── 1σ    [↑↓]                  остов F1s

Как это получается

Всего электронов в HF:
H: \(1\), F: \(9\), итого \(10\). У фтора \(1s^2\) — глубокий остов, остаётся \(8\) валентных электронов.
Ось молекулы — \(z\).
\(- H_{1s}\) имеет \(\sigma\)-симметрию.
\(- F_{2p_z}\) тоже \(\sigma\)-симметрия, поэтому он смешивается с \(H_{1s}\).
\(- F_{2p_x}\) и \(F_{2p_y}\) имеют \(\pi\)-симметрию; у водорода нет подходящих \(\pi\)-орбиталей, поэтому они остаются несвязывающими.
Смешивание \(H_{1s}\) и \(F_{2p_z}\):
\[ 3\sigma = c_1 H_{1s}+c_2 F_{2p_z} \] — связывающая, лежит ниже исходных АО;
\[ 4\sigma^* = c_1' H_{1s}-c_2' F_{2p_z} \] — разрыхляющая, пустая.

Из-за большей электроотрицательности фтора \(3\sigma\) сильнее «сидит» на F, поэтому связь полярная: \(H^{\delta+}-F^{\delta-}\).
\(F_{2s}\) по энергии сильно ниже \(H_{1s}\), поэтому смешивается слабо. В школьной схеме её изображают как почти несвязывающую \(2\sigma\).
В более строгом расчёте \(2\sigma\) — преимущественно \(F_{2s}\), но с небольшой примесью \(H_{1s}\).
Заполнение:
\[ 1\sigma^2,\quad 2\sigma^2,\quad 3\sigma^2,\quad 1\pi^4,\quad 4\sigma^{*0}. \] В вырожденные \(\pi_x,\pi_y\) сначала кладём по одному электрону, потом спариваем.

Проверка

Валентных электронов: \(2+2+4=8\), всё сходится.
Связывающих электронов: \(2\) в \(3\sigma\).
Разрыхляющих: \(0\).
Кратность связи: \(1\).
Все электроны спарены, HF диамагнитен.
На фторе остаются три неподелённые пары: \(2\sigma\) и две \(\pi\)-орбитали.

Question 2

Сделать молекулярную энергетическую диаграмму HF полностью метод электронных орбиталий

Answer

Кратко: у HF заполнены молекулярные орбитали \[ (1\sigma)^2(2\sigma)^2(3\sigma)^2(1\pi)^4, \] а \(4\sigma^*\) пустая. Кратность связи: \[ \text{BO}=\frac{2-0}{2}=1. \] То есть есть одна \(\sigma\)-связь H–F, а \(1\pi\) и в основном \(2\sigma\) — несвязывающие орбитали. ### Схема энергетических уровней HF ```text Энергия ↑ 4σ* [ ] разрыхляющая H1s ─────────── F2p ─────────────────────────── 1π [↑↓][↑↓] несвязывающая (F2px, F2py) 3σ [↑↓] связывающая (F2pz + H1s) F2s ───────────────────── 2σ [↑↓] почти несвязывающая (F2s) F1s ───────────────────── 1σ [↑↓] остов F1s ``` ### Как это получается 1. **Всего электронов в HF:** H: \(1\), F: \(9\), итого \(10\). У фтора \(1s^2\) — глубокий остов, остаётся \(8\) валентных электронов. 2. **Ось молекулы — \(z\).** \(- H_{1s}\) имеет \(\sigma\)-симметрию. \(- F_{2p_z}\) тоже \(\sigma\)-симметрия, поэтому он смешивается с \(H_{1s}\). \(- F_{2p_x}\) и \(F_{2p_y}\) имеют \(\pi\)-симметрию; у водорода нет подходящих \(\pi\)-орбиталей, поэтому они остаются несвязывающими. 3. **Смешивание \(H_{1s}\) и \(F_{2p_z}\):** \[ 3\sigma = c_1 H_{1s}+c_2 F_{2p_z} \] — связывающая, лежит ниже исходных АО; \[ 4\sigma^* = c_1' H_{1s}-c_2' F_{2p_z} \] — разрыхляющая, пустая. Из-за большей электроотрицательности фтора \(3\sigma\) сильнее «сидит» на F, поэтому связь полярная: \(H^{\delta+}-F^{\delta-}\). 4. **\(F_{2s}\)** по энергии сильно ниже \(H_{1s}\), поэтому смешивается слабо. В школьной схеме её изображают как почти несвязывающую \(2\sigma\). В более строгом расчёте \(2\sigma\) — преимущественно \(F_{2s}\), но с небольшой примесью \(H_{1s}\). 5. **Заполнение:** \[ 1\sigma^2,\quad 2\sigma^2,\quad 3\sigma^2,\quad 1\pi^4,\quad 4\sigma^{*0}. \] В вырожденные \(\pi_x,\pi_y\) сначала кладём по одному электрону, потом спариваем. ### Проверка - Валентных электронов: \(2+2+4=8\), всё сходится. - Связывающих электронов: \(2\) в \(3\sigma\). - Разрыхляющих: \(0\). - Кратность связи: \(1\). - Все электроны спарены, HF диамагнитен. - На фторе остаются три неподелённые пары: \(2\sigma\) и две \(\pi\)-орбитали.