MOLECULAR ORBITAL THEORY — Robert Mullikan (1896-1986)
THUYẾT MO
Two Theories of Bonding
Phương pháp orbital phân tử (MO)
Tính thuận từ cuả O2
Lý thuyết orbital phân tử – liên kết cộng hóa trị được tạo thành từ sự tổ hợp tuyến tính các AO tạo thành các MO.
Không có điện tử độc thân
Nghịch từ
Bất lợi cuả thuyết VB
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ THEO PHƯƠNG PHÁP MO
Bài toán ion H2+
Quan niệm của phương pháp MO
Các luận điểm cơ sở của phương pháp MO
c. Áp dụng phương pháp MO cho các phân tử bậc hai
Quan niệm của phương pháp MO
Phân tử là một nguyên tử phức tạp đa nhân.
Mô tả sự chuyển động của từng electron riêng biệt bằng hàm orbital phân tử (MO)


Các luận điểm cơ sở của phương pháp MO
Trạng thái của e được mô tả bằng các MO. Mỗi MO được xác định gần đúng bằng phương pháp tổ hợp tuyến tính các orbital nguyên tử MO = Ci AO
Số MO tạo thành bằng số AO tham gia tổ hợp tuyến tính





Phân tử - tổ hợp thống nhất gồm các hạt nhân và các electron của các nguyên tử tương tác.
Điều kiện các AO tham gia
tổ hợp tuyến tính

Năng lượng gần nhau.
Mức độ che phủ đáng kể.
Cùng tính đối xứng đối với trục liên nhân.
Sự che phủ các AO dọc theo trục liên nhân → MO  MO  nhận trục liên nhân làm trục đối xứng

Sự che phủ các AO về hai phía trục liên nhân →MO MO  có mặt phẳng phản xứng chứa trục liên nhân
Năng lượng các MO phụ thuộc vào năng lượng AO , mức độ che phủ giữa các AO và cách che phủ dương hay âm.
Sự tạo thành các MO từ sự tổ hợp tuyến tính các AO của phân tử bậc hai
AO + AO → MO liên kết (, …), EMO < EAO

AO - AO → MO phản liên kết (* ,* …), E MO* > EAO

AO → MO không liên kết (0, 0 …), EMOo = EAO

Sự tạo thành các MOσ từ AO s
Sự tạo thành các MOσ,MO từ các AOp




Mỗi MO chỉ chứa tối đa 2 e có spin đối song.




Các e sắp xếp vào các MO tuân theo nl vững bền, nl ngoại trừ Pauli, quy tắc Hund.
Các đặc trưng liên kết
Lk được quyết định bởi các e lk mà không bị triệt tiêu.
Một bậc lk ứng với một cặp e lk không bị triệt tiêu
Cho lk 2 tâm: Bậc lk
Tên của lk được gọi bằng tên của cặp e lk không bị triệt tiêu
Bậc lk tăng thì năng lượng lk tăng còn độ dài lk giảm
Thuyết MO coi sự hình thành liên kết hóa học là sự chuyển điện tử (hóa trị) từ các AO cuả các nguyên tử tương tác về các orbital phân tử thuộc chung toàn bộ phân tử.
Việc mô tả cấu trúc phân tử gồm các bước
Bước 1: Xét sự tạo thành MO từ các AO
Bước 2: Sắp xếp các MO theo thứ tự năng lượng tăng dần
Bước 3: Xếp các electron vào các MO
Bước 4: Xét các đặc trưng liên kết

Các phân tử bậc hai thuộc chu kỳ 1
1S  1S → σ1s , σ1s*

E : σ1s < σ1s*


Các phân tử bậc hai thuộc chu kỳ 1

AO MO AO
H H2 H
1s
Năng lượng
1s
H2 : [(σ1s)2] Bậc liên kết = 1
Nghịch từ
AO MO AO
He He2 He
1s
Năng lượng
1s
Bậc liên kết = 0
Không tồn tại
AO MO AO
He He2+ He+
1s
Năng lượng
1s
He2+:[(σ1s)2(σ1s*)1] Bậc liên kết = ½
Thuận từ
Áp dụng phương pháp MO cho các phân tử bậc hai chu kỳ hai
Các phân tử hai nguyên tử của các nguyên tố cuối chu kỳ II
Các phân tử hai nguyên tử cùng loại của những nguyên tố đầu chu kỳ II
Các phân tử hai nguyên tử khác loại của những nguyên tố chu kỳ II


Các phân tử bậc hai thuộc chu kỳ 2
(trục x là trục liên nhân )


1S  1S → σ1s , σ1s*
2S  2S → σ2s , σ2s*
2px  2px → σ2px , σ2px*
2py  2py → 2py , 2py*
2pz  2pz → 2pz , 2pz*

Các phân tử bậc hai đầu chu kỳ 2
σ2s = C1(2S + 2S) + C2(2PX + 2PX) C2 << C1
σ2s* = C3 (2S - 2S) + C4 (2PX - 2PX) C4<2S  2S → σ2s , σ2s*
2px  2px → σ2px , σ2px*


Các phân tử bậc hai thuộc chu kỳ 2
(trục x là trục liên nhân )


1S  1S → σ1s , σ1s*
2S  2S → σ2s , σ2s*
2px  2px → σ2px , σ2px*
2py  2py → 2py , 2py*
2pz  2pz → 2pz , 2pz*
σ1s< σ1s*<σ2s<σ2s*<σ2px<2py = 2pz<2py* = 2pz*< σ2px*

Đầu chu kỳ 2 :



σ1s< σ1s*<σ2s<σ2s*<2py= 2pz <σ2px<2py*= 2pz*< σ2px*

Cuối chu kỳ 2:

Các ptử hai ngtử của các ngtố đầu chu kỳ II
Các ptử hai ngtử cùng loại của những ngtố cuối ckỳ II
Các ptử hai ngtử khác loại của những ngtố chu kỳ II
LIÊN KẾT KIM LỌAI
Các tính chất của kim loại

Không trong suốt
Có ánh kim
Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt
Dẻo …
Cấu tạo kim loại và liên kết kim loại
Những ion dương ở nút mạng tinh thể
Các electron hóa trị tự do chuyển động hỗn loạn trong toàn bộ tinh thể KL → khí electron
Thuyết miền năng lượng về cấu tạo kim loại
MIỀN HÓA TRỊ - HOMO
miền chứa electron hóa trị
MIỀN DẪN – LUMO
miền nằm trên miền hóa trị
MIỀN CẤM
là khoảng cách giữa hai miền trên nếu có
Chất cách điện
E > 3 eV
Chất bán dẫn
0,1< E <3 eV
Kim lọai có
miền hóa trị và miền dẫn che phủ hay tiếp xúc nhau
Áp dụng thuyết miền năng lượng
để giải thích tính dẫn điện của chất rắn