Föeläsning 7 Molekyle Joniska bindninga Kovalenta bindninga Vibationsspektum Rotationsspektum Fyu0- Kvantfysik
Kovalenta och joniska bindninga Atomena få en me stabil odning av elektonena i de yttesta skalen genom att växelveka med vaanda. Kovalenta bindninga bildas om elektone delas mellan atome. Joniska bindninga bildas om elektone övefös fån en atom till en annan. Fyu0- Kvantfysik
Animation av bilden av en jonisk bindning http://web.jjay.cuny.edu/~acapi/nsc/5-bonds.htm Na och Cl atome växelveka. lektonen i en Na atom övefös till en Cl atom. Na + och Cl - jone poduceas. Jonena attaheas till vaanda. n stabil NaCl föening bildas. Fyu0- Kvantfysik
Vad ä kostnaden av en jonisk bindning? Positiv jon, t.ex. Na + Joniseingsenegi måste tillföas fö att figöa en elekton fån det yttesta skalet. negin som kävs fö att befia en elekton fån en neutal atom (1:e joniseingsenegi) Na+ joniseingsenegi 5.138eV Negativ jon, t.ex. Cl - lektonen attaheas av känan. negin släpps ut nä en elekton tillsätts till en neutal atom (1:e elektonaffinitet) Fö Cl- elektonaffinitet 3.613 ev Däfö, fö att skapa Na + och Cl - kävs enegin: 5.138eV-3.613 ev1.55 ev. Fyu0- Kvantfysik
Joniska bindninga Betakta en växelvekan mellan Na + och Cl - jone -e Den potentiell a enegin (stoa ) : U (7.1) Na + Cl - 40 Kaften bli minde attaktiv näsom minskas. Om < 0 bli kaften epulsiv på gund av en övelappning av elektonmolnena. F() U() Kaft Potentiell enegi 0 0 U 0 0 avståndet på jämvikt Fyu0- Kvantfysik
Fåga Beäkna den potentiella enegin av ett system av Na + and Cl - jone som ha en 0.4nm sepaation. P 1 4πε 0 9.6 10 e 0 10 J 9.0 10 6.0eV 9 (Nm C - ) (1.6 10 0.4 10 19 9 C) m Mätning -5.7eV. Skillnaden på gund av övelappande elektonmolnen (en jon ä ingen punktladdning). Fyu0- Kvantfysik
Bindningsenegi negin som kävs fö att byta lös en molekyl och bilda neutala atome. B elektonaffinitet potentiell enegi i jämvikt joniseingsenegi (7.) NaCl ha bindingsenegi : B 3.613 + 5.7 5.138 4. ev Fyu0- Kvantfysik
Fåga (a) Bestäm den potentiella enegin av en K + jon och en B - jon som sepaeas vid 0.9nm (avståndet på jämvikt) i en KB molekyl. (b) Joniseingsenegin av K ä 4.3 ev.b ha en elektonaffinitet av 3.5 ev. Uppskatta bindningsenegin av en KB atom. Fövänta ni e att svaet ska vaa stöe elle minde än den vekliga bindningsenegi? a P e 4πε 0.9 10 ( ) 9 0 ( b) B affinitet 3.5 - P - 4.3 J ev joniseing senegi Fyu0- Kvantfysik
Animation av en kovalent bindning http://web.jjay.cuny.edu/~acapi/nsc/5-bonds.htm p p e - e - lektone fån vaje väteatomen delas fö att bilda en stabil väteatom. Kovalentbindninga bildas med ett elektonpa i samma ymdtillstånd. lektonena måste ha motsatt spinn. Kovalent bindningsstuktu föklaas av Paulispincip. Fyu0- Kvantfysik
Kovalent bindninga Si Komplicead stuktu: t.ex. gupp IV Si-kystal. Det finns ingen definitiv skillnad mellan kovalenta och joniska bindninga. Det finns ofta en öveföing av en del av en elekton mellan två atome. Fyu0- Kvantfysik
Rotationseneginivåe Atome ha eneginivåe, molekyle också! Betakta en diatomiskmolekyl som bestå av atome med massona m 1 och m. 0 m 1 och m otea unt dess gemensamma masscentum. Systemets enegi: L I (7.3) Fyu0- Kvantfysik
I Röelsemängdsmomentet kvantiseas: L - l( l l( l + 1) h - h + 1) I ( l 01,,, 3) ( l 01,,, 3) (7.4) (7.5) m 1m educead massa m (7.7) 10 - m 1 + m h I l4 6- h kv. 7.5 ge otationseneginivåe 3- - h h 0 I I I m 0 (7.6) l3 l l1 l0 Fyu0- Kvantfysik
Fåga Avståndet mellan känona i en kabonmonoxid-molekyl (CO) ä 0.118nm. Massan av en kabonatom 1u1.991x10-6 kg. Massan av en syeatom ä 15.995u.656x10-6 kg. (a) Bestäm enegin av den te lägsta otationseneginiveåna. (b) Bestäm våglängden av fotonen som emitteas i övegången l till l1 tillstånden. ( a ) I Rotationse l (b) l ( l 0 λ l ( l + 1)( h / I + 1)3.38 10 0,1, 0 Fotonens hc m 1.449 1 0 negi 4.136 1.139 π ) 0.479 enegi 10 3 J mev 10 0.958 10 15-46 l ( l 6 kgms l ( l 3.00 3 10 (0.118 (1.0546 10 + 1) (1.449 10 + 1)0.395 1.437 1 10 8 10 mev 0.958 mev 1.9 9 ) 34 46 mev mm ) ) Fyu0- Kvantfysik
Vibationseneginivåe n n + k 1 h - ω n + kaftkonstant 1 h - k m (7.8) Atomena kan vibea i en dimension. Övegångsenegiföänding hω - (7.9) Fyu0- Kvantfysik
Fåga Skillnaden mellan vibationseneginivåe i CO ä Bestäm konstant k. 0.690 ev k ' m ) 1.139 10 6 16 ( ( h/ -1 190Nm π ) 0.69 6.589 10 Fyu0- Kvantfysik
Vibation-otationspektum n+1 n+1 Skillnaden mellan vibationseneginivåe > Skillnaden mellan otationsneginivåe n enkel diatomisk molekyl ha vibationsoch otationsnivåe. l-1 l+1 Det finns egle fö övegånga. l0 n l ± 1 (otationsspektum) n n n 1 (vibationsspektum,fotonabsoption) 1 (vibationsspektum,fotonemission) Fyu0- Kvantfysik
Vibations-otationsspektum av HCL toppa pga n0 till n1 Cl 35 och Cl 37 isotope l1 l0 l-1 (föbjuden övegång) Fyu0- Kvantfysik
Fåga Betakta en CO molekyl. Bestäm våglängden av en foton som emitteas nä vibationsenegin föändas och otationsenegin ä (a) noll i böjan och (b) noll till slut. 0. 690 ev 0. 479 mev (vibation (otation ) l 1 till l 0 elle l 0 till l 1) (a) övegång Fotonens hc (b) övegång Fotonens hc l 0 till l 1 enegi 0.69-0.479 10 16 4.136 10.998 0.685 l 1 till l 0 enegi 0.69 + 0.479 10 16 4.136 10.998 0.695 10 10 8 8-3 0.685 ev 4.618m -3 0.695 ev 4.601 m Fyu0- Kvantfysik