Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Fundamentals of General Chemistry. Terms and Problems in Tests In 2 parts. P.1. Terms and Examples in Tasks. Study guide

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
12.08.2026
Размер:
1 Мб
Скачать

3 . M O L E C U L A R O R B I T A L ( М О ) T H E O R Y

3 . 1 . D i c t i o n a r y

English

Russian

Antibonding MO

Разрыхляющая МО

Bond dissociation energy or enthalpy

Энергия диссоциации или энталь-

 

пия связи

Bond distance or bond length

Длина связи

Bond order

Порядок связи

Bonding МО

Связывающая МО

Compound

Соединение

Covalent bond

Ковалентная связь

Diamagnetic

Диамагнитный

Empty molecular orbital

Свободная молекулярная орбиталь

Heteronuclear diatomic molecule

Гетероядерная двухатомная моле-

 

кула

Homonuclear diatomic molecule

Гомоядерная двухатомная молекула

Ion

Ион

Isoelectronic species

Изоэлектронные частицы

Magnetic properties

Магнитные свойства

Molecular orbital МО

Молекулярная орбиталь МО

MOs

Молекулярные орбитали

Molecular orbital (МО) theory

Теория молекулярных орбиталей

Molecule

Молекула

Non-bonding

Несвязывающая

Nuclei

Ядра

Nucleus

Ядро

Occupied molecular orbital

Занятая молекулярная орбиталь

Overlap

Перекрывание

Pairing of electrons

Спаривание электронов

Paramagnetic

Парамагнитный

Stable

Стабильный

Valence atomic orbital

Валентная атомная орбиталь

Unpaired electrons

Неспаренные электроны

21

3 . 2 . W o r k e d e x a m p l e s

Example 1. Construct an MO diagram for

the F2 molecule. Write

the ground state electronic configuration of an

F2 molecule. Determine

the bond order in F2. What magnetic properties does a molecule F2 have? Will the ions F2+ and F2be diamagnetic or paramagnetic?

Answer

Molecular orbital theory can be applied to any homonuclear diatomic molecule. The ground state electronic configuration of a fluorine atom is 1s22s22p5. We can construct an MO diagram for the formation of F2 by considering the linear combination of the atomic orbitals of the two fluorine atoms. An important ground-rule of MO theory is that the number of MOs that can be formed must be equal to the number of atomic orbitals of the constituent atoms.

The interaction between the core 1s atomic orbitals can be ignored since the bonding is determined by the interaction between the valence atomic orbitals. Each F atom has four valence orbitals 2s, 2p and the number of MOs must be equal to eight. Overlap occurs between the 2s atomic orbitals of two fluorine atoms to give one (2s)-bonding MO and one*(2s)-antibonding MO.

The nuclei of F atoms are placed on the z axis. Defining these positions also defines the relative orientations of the two sets of p orbitals. Overlap occurs between the 2pz atomic orbitals of two fluorine atoms to give one (2pz)-bonding MO and one *(2pz)-antibonding MO. Two(2px)- and (2py)-bonding MOs and two *(2px)- and *(2py)-antibonding MOs are formed by the overlap of the two 2px orbitals and two 2py orbitals of the two F atoms, respectively. In F2 there are 14 valence electrons of the two F atoms and these occupy the MOs according to the rules (a) orbitals are filled in order of increasing energy, the lowest energy orbitals being filled first, (b) Hund’s rule, (c) Pauli exclusion principle. Figure show MO diagram for the formation of an F2 molecule.

The ground state electronic configuration of F2 can be written as:

(2s)2 *(2s)2 (2pz)2 (2px)2 (2py)2 *(2px)2 *(2py)2.

The bond order in F2 can be determined by using equation:

22

 

 

 

 

 

Number of

 

 

 

 

Number of

 

Bond order =

bonding electrons

antibonding electrons

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АО(F) МО(F2)

 

АО(F)

 

E

 

 

 

 

 

*(2pz)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*(2px)

 

 

*(2py)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2p

 

 

 

 

(2px)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2py)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2pz)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*(2s)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2s

 

 

 

 

(2s)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bond order in F2= 8 2 6 =1.

This is molecule with a single bond.

All the electrons in F2 are paired, so the molecule of F2 is diamagnetic. The ion F2has one more valence electron than F2 and this will occupy*(2pz)-antibonding MO. The ion F2+ has one less valence electron than F2, therefore the *(2py)-antibonding MO of F2is occupied by only one electron. Thus, the ions F2+ and F2will be particles with unpaired electrons and, therefore, paramagnetic.

Example 2. Show that the species N2 and [CN]are isoelectronic.

Answer

The word isoelectronic often means the same number of valence electrons. The atoms of C, N contain four and five valence electrons, respectively. The molecule N2 possesses (5 + 5) = 10 electrons. The anion [CN]possesses (4 + 5 + 1) = 10 electrons. Therefore, the molecule N2 and the anion [CN]are isoelectronic.

23

 

 

3 . 3 . T a s k s f o r s e l f - c o n t r o l

1.

Using the MO theory, predict which a particle is diamagnetic:

A) O2+;

B) N2+;

C) O2;

D) F2.

2.

According to the MO theory, a molecule is paramagnetic:

А) C2;

B) F2;

C) N2;

D) O2.

3.

According to the MO theory, a molecule is paramagnetic:

А) H2;

B) F2;

C) C2;

D) B2.

4.

Using the MO theory, predict which a molecule is the most stable:

А) H2;

B) С2;

C) В2;

D) Ne2.

5.

According to the MO theory the bond order in О2 is:

A) 1;

B) 2;

C) 1.5;

D) 2.5.

6.

According to the MO theory the bond order in Ne2 is:

A) 1;

B) 2;

C) 0;

D) 3.

7.

According to the MO theory the bond order in С2 is:

A) 1;

B) 2;

C) 1.5;

D) 2.5.

8.

According to the MO theory the bond order in the CO molecule is:

А) 1;

B) 2;

C) 3;

D) 4.

9.

According to the MO theory, the smallest bond order in the molecule is:

А) C2;

B) F2;

C) N2;

D) O2.

10.

According to the MO theory, the largest bond order in the particle is:

А) H2+;

B) H2;

C) He2;

D) He2+.

11.

According to the MO theory, the largest bond order in the molecule is:

А) C2;

B) F2;

C) N2;

D) O2.

12.

The heteronuclear particle, which is isoelectronic to the N2 molecule, is:

А) C2;

B) СО;

C) NO;

D) NO.

24

13. The MO diagram

АО МО АО

Е

*(1s)

 

 

 

 

 

 

 

1s

1s

 

 

 

 

 

 

 

 

(1s)

 

corresponds to:

 

 

 

 

 

A) H2;

B) He2;

С) Н2;

D) Н2+.

14. The MO diagram (two nuclei of atoms lie on the z axis)

МО

E

*(2pz)*(2px) *(2py)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2px)

 

(2py)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2pz)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*(2s)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2s)

corresponds to:

 

 

 

 

 

 

А) O2;

B) N2;

C) F2;

 

 

D) C2.

15. Linear combinations of which orbitals lead to the formation of the σ(s) and σ*(s) MOs?

12 3 4 5

А) 1 and 2; B) 2 and 3; C) 2 and 5; D) 1 and 4.

16. The number of valence electrons in N2 and N22–, respectively is: А) 5 and 7; B) 10 and 8; C) 10 and 12; D) 3 and 5.

25

17. The MO diagram (two nuclei of atoms lie on the z axis)

МО

E

*(2pz)*(2px) *(2py)

(2px) (2py)

(2pz)

*(2s)

(2s)

corresponds to:

 

 

 

А) O2;

B) N2;

C) F2;

D) Ne2.

18. The number of valence electrons in F2 and F2, respectively is:

А) 7 and 8;

 

B) 14 and 15;

 

C) 14 and 16;

 

D) 7 and 0.

 

19. The number of valence electrons in О2 and О2+, respectively is:

А) 12 and 13;

 

B) 2 and 3;

 

C) 6 and 7;

 

D) 12 and 11.

 

20.

Using the MO theory, predict which a particle has the shortest bond

length:

 

 

 

А) H2;

B) H2+;

C) H2;

D) Hе2+.

21.

According to the MO theory, the bond order in CNis:

А) 1;

B) 1.5;

C) 2;

D) 3.

22.

According to the MO theory, the bond order in the NO molecule is:

А) 1;

B) 2.5;

C) 2;

D) 3.

26

 

 

3 . 4 . З а д а н и я д л я с а м о к о н т р о л я

1.

Используя теорию МО, предскажите, какая частица диамагнитна:

A) O2+;

Б) N2+;

В) O2;

Г) F2.

2.

Согласно теории МО парамагнитной является молекула:

А) C2;

Б) F2;

В) N2;

Г) O2.

3.

Согласно теории МО парамагнитной является молекула:

А) H2;

Б) F2;

В) C2;

Г) B2.

4.

Используя теорию МО, предскажите, какая молекула является

наиболее прочной:

 

 

А) H2;

Б) С2;

В) В2;

Г) Ne2.

5.

Согласно теории МО в молекуле кислорода порядок связи равен:

A) 1;

Б) 2;

В) 1.5;

Г) 2.5.

6.

Согласно теории МО в молекуле Ne2

порядок связи равен:

A) 1;

Б) 2;

В) 0;

Г) 3.

7.

Согласно теории МО в молекуле углерода C2 порядок связи равен:

A) 1;

Б) 2;

В) 1.5;

Г) 2.5.

8.

Согласно теории МО в молекуле CO порядок связи равен:

А) 1;

Б) 2;

В) 3;

Г) 4.

9.

Согласно теории МО наименьший порядок связи в молекуле:

А) C2;

Б) F2;

В) N2;

Г) O2.

10. Согласно теории МО наибольший порядок связи в частице:

А) H2+;

Б) H2;

В) He2;

Г) He2+.

11. Согласно теории МО наибольший порядок связи в молекуле:

А) C2;

Б) F2;

В) N2;

Г) O2.

12. Гетероядерная частица, изоэлектронная молекуле N2:

А) C2;

Б) СО;

В) NO;

Г) NO.

27

13. Энергетическая диаграмма МО

Е

АО МО АО

*(1s)

 

 

 

 

 

 

 

1s

1s

 

 

 

 

 

 

 

 

(1s)

 

cоответствует:

 

 

 

 

 

А) Н2;

Б) Не2;

В) Н2;

Г) Н2+.

14. Энергетическая диаграмма МО (за ось связывания двух ядер принята ось z)

МО

E

*(2pz)*(2px) *(2py)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2px)

 

(2py)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2pz)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*(2s)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2s)

cоответствует:

 

 

 

 

 

 

А) O2;

Б) N2;

В) F2;

 

 

Г) C2.

15. Линейная комбинация каких атомных орбиталей

12 3 4 5

приводит к образованию σ(s)- и σ*(s)-молекулярных орбиталей?

А) 1 и 2; Б) 2 и 3; В) 2 и 5; Г) 1 и 4.

28

16. Число валентных электронов в частицах N2 и N22– соответственно:

А) 5 и 7;

Б) 10 и 8;

В) 10 и 12;

Г) 3 и 5.

17. Энергетическая диаграмма МО (за ось связывания двух ядер принята ось z)

МО

 

 

E

*(2pz)

 

 

 

 

 

 

 

 

*(2px)

 

 

*(2py)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2px)

 

 

(2py)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2pz)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*(2s)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2s)

 

соответствует частице:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А) O2;

Б) N2;

 

В) F2;

 

 

 

Г) Ne2.

18. Число валентных электронов в частицах F2

и F2соответственно:

А) 7 и 8;

 

 

Б) 14 и 15;

 

В) 14 и 16;

 

 

Г) 7 и 0.

 

19. Число валентных электронов в частицах О2

и О2+ соответственно:

А) 12 и 13;

 

 

Б) 2 и 3;

 

В) 6 и 7;

 

 

Г) 12 и 11.

 

20.

Используя теорию МО, предскажите, какая частица имеет

наименьшую длину связи:

 

 

А) H2;

Б) H2+;

В) H2;

Г) Hе2+.

21.

Согласно теории МО порядок связи в ионе CNравен:

А) 1;

Б) 1.5;

В) 2;

Г) 3.

22.

Согласно теории МО порядок связи в молекуле NO равен:

А) 1;

Б) 2.5;

В) 2;

Г) 3.

 

29

4 . V A L E N C E B O N D T H E O R Y

4 . 1 . D i c t i o n a r y

 

 

English

Russian

Angular

Угловая

Bent

Изогнутая

Bond

Связь

Bond angle (valence angle)

Угол связи (валентный угол)

Bond distance or bond length

Длина связи

Вonding pair

Связывающая пара

Сentral atom

Центральный атом

Сoordination number

Координационное число

Dipole (electric) moment

Дипольный (электрический) мо-

 

мент

Disphenoidal

Дисфеноидальная (искаженно-

 

тетраэдрическая)

Ligand

Лиганд

Linear

Линейная

Lone pair

Несвязывающая пара

Molecule

Молекула

Molecular shape

Молекулярная форма

Multiple bond

Кратная связь

Non-polar bond

Неполярная связь

Octahedral

Октаэдрическая

Polar bond

Полярная связь

Polyatomic

Многоатомный

Single bond

Одинарная связь

Square planar

Квадратная

Square-based pyramidal

Квадратная пирамидальная

Tetrahedral

Тетраэдрическая

Trigonal bipyramidal

Тригональная бипирамидальная

Trigonal planar

Треугольная

 

 

Trigonal pyramidal

Тригональная пирамидальная

 

 

30