Dlaczego rząd obligacji wynosi CO + 3,5?

Przez długi czas uczono w szkole i na uniwersytetach, że HOMO tlenku węgla jest anty-wiązaniem. Bez szerszego kontekstu często uczono, że kolejność wiązań w CO wynosi trzy, ponieważ w orbitalach wiążących znajduje się osiem elektronów, a na orbitalach przeciwwiążących – dwa. $$ \ text {Bond order} = \ frac12 (\ text {bonding} – \ text {anti-bonding}) $$ Zakładając że HOMO jest anty-wiązaniem (tak nie jest!) i zabierając jeden elektron, kolejność wiązań musi wzrosnąć do 3,5. To jest błędne.

Kiedy spojrzymy na diagram MO, obliczoną wersję można znaleźć tutaj , wiemy, że HOMO, tj. 3 σ, jest orbitalem wiążącym, podczas gdy orbital antywiążący to orbital 2 σ. Po jonizacji rzeczywiście usunęlibyśmy jeden wiążący elektron, dlatego kolejność wiązań musi spaść do 2,5, jak sugerowałeś.
Nie jest to jednak takie proste. Ściśle mówiąc, poniższy schemat MO jest, podobnie jak sama teoria MO, przybliżeniem i tylko jedną możliwą konfiguracją. Chociaż nie musimy używać struktur rezonansowych z teorią MO, musimy wziąć pod uwagę inne konfiguracje (analogiczne do stanów wzbudzonych). Więc naturalnie kolejność wiązań CO nie jest ściśle 3. A usunięcie elektronu nie oznacza, że usuwamy go tylko z jednego orbity, a nie zmniejszamy gęstość elektronów. Dlatego nie możemy dokładnie przewidzieć kolejności wiązań na podstawie tych prostych rozważań.
Obserwacje doświadczalne i obliczenia teoretyczne sugerują, że wiązanie rzeczywiście staje się silniejsze po usunięciu elektronu. Zobacz pytanie połączone i odpowiedź Filipa w , aby uzyskać więcej szczegółów. (Nie patrz na inne odpowiedzi, są tak błędne, jak mogłyby być).

W skrócie: kolejność wiązań $ \ ce {CO} $ nie jest dokładnie 3, a usunięcie elektronu nie zwiększy kolejności wiązań do 3,5. W obu przypadkach obserwowana kolejność wiązań jest prawdopodobnie bliższa 2,5, podczas gdy eksperymenty sugerują, że wiązanie jest silniejsze w $ \ ce {CO +} $.

Orbital ze znakiem wiążącym nie ma węzła prostopadłego do osi wiązania; orbital o charakterze przeciwwiązaniowym ma co najmniej jeden węzeł prostopadły do osi wiązania (gęstość elektronów wynosi zero). Ściśle mówiąc, nie ma orbitali niewiążących.

Komentarze

• Czy ostatnie zdanie nie powinno brzmieć „… w tlenku węgla”? Iirc, istnieje kilka niepowiązanych orbitali (ze względu na symetrię), np. w $ \ ce {HCl} $.
• @Jan That ', dlaczego powiedziałem ściśle, jedna z dwóch kategorii będzie pasować do każdego orbitalu. To, co zazwyczaj klasyfikujemy jako orbitale niewiążące, to kombinacje liniowe, które " nie ' t zmiany energii ". To ' jest po prostu niemożliwe z powodu zewnętrznego pola. W HCl niewiążące orbitale nie ' nie mają węzła prostopadłego do osi wiązania (złapałeś, że o tym zapomniałem), więc można je zaklasyfikować jako wiążące.
• @ Martin- マ ー チ ン jak pokazano, czy nie ' t orbital $ \ mathrm {3 \ sigma} $ ma 2 węzły prostopadłe do osi wiązania? (a może to nie są węzły; chciałem tylko wyjaśnić)
• @Aniruddha masz rację, a moje sformułowanie może być trochę dziwne. Prostopadłe węzły przechodzą przez jądra, dlatego nie ma węzła na osi wiązania między odpowiednimi jądrami, które je obejmują. Jeśli spojrzysz na nieskończoność tej osi, masz absolutną rację. Prawdopodobnie powinienem to wycofać. Dziękuję za złapanie.

To bardzo dobre wyjaśnienie, które znalazłem tutaj: http://www.answers.com/Q/What_is_the_bond_order_of_CO_plus

CO nie jest atomem homojądrowym, takim jak C2, N2 lub nawet O3, O3 (oba te kategorie są różne: z mieszaniem 2s-2p i bez niego). Istnieje więc duża rozbieżność w poziomach energii atomowej 2s, 2p e- C i O, w wyniku czego 2p (pi) x, 2p (pi) y i 2p (sigma) z mają mniejszą energię niż 2s (sigma) ) *. Czyli e-strata pochodzi z 2s (sigma) * 2, a nie 2p (sigma) z. I stąd kolejność obligacji rośnie od 3 do 3,5, a nie spada do 2,5.(Typowa formuła podręcznika szkolnego nie działa w przypadku gatunków takich jak CO, CO +, a nawet NO, NO + w wielu sytuacjach)

Komentarze

• Chciałbym zdecydowanie nie zgadzam się z tym, że uważasz respons.com za dobre źródło, przynajmniej w porównaniu z ChemSE. Po drugie, ' odradza kopiowanie odpowiedzi słowo w słowo.

Ze względu na mały rozmiar i ładunek dodatni struktura CO stoi w obliczu odpychania antybakteryjnego przez 2 sekundy i po wyrzuceniu elektronu jest usuwany od 2 s, więc kolejność wiązań powinna wynosić 3,5

Komentarze

• Ten diagram jest niepoprawnie, przedstawia to, że poziomy energii atomowej C i O są takie same. " 2-sekundowe odpychanie antybakteryjne "? Naprawdę nie ' nie wiem, o czym ' mówisz.