Esercizi sull’approssimazione di B-O per elettroni e nuclei: 1. Definire l’appross. di B-O, discutendo la forma dell’hamiltoniano per la molecola di H2+. 2. Come varia l’energia di un OM di legame e di uno di antilegame al variare della distanza internucleare nell’appross. di B-O? 3. Come calcolare la distanza di equilibrio tra gli atomi di una molecola biatomica? 4. Considerando valida l’appross di B-O, l’andamento della somma dell’energia degli elettroni di legame + l’energia di repulsione tra i nuclei è anche il potenziale che determina il moto vibrazionale dei nuclei. Come potreste tenere conto di questo potenziale nel calcolo delle energie vibrazionali? Come varia l’energia di un OM di legame e di uno di antilegame al variare della distanza internucleare nell’appross. di B-O? Come calcolare la distanza di equilibrio tra gli atomi di una molecola biatomica? Appross di B-O e moti vibrazionali dei nuclei. 1 Considerando valida l’appross di B-O, l’andamento della somma dell’energia degli elettroni di legame + l’energia di repulsione tra i nuclei è anche il potenziale che determina il moto vibrazionale dei nuclei. Come potreste tenere conto di questo potenziale nel calcolo delle energie vibrazionali? La somma dell’energia degli elettroni di legame + l’energia di repulsione tra i nuclei è anche il potenziale che determina il moto vibrazionale dei nuclei. Un potenziale con questa forma si può ottenere usando la funzione proposta da Morse V ( x) De (1 e ax ) 2 1/ 2 k a 2 De Le energie degli stati vibrazionali sono allora diverse da quelle otteute con il modello dell’oscillatore armonico De 1 Le energie degli stati vibrazionali usando il potenziale di Morse 1/ 2 k a 2 De b Ev (v 1 2) (v 1 2) 2 b a2 2 De costante di anarmonicità Si noti che è l’energia di dissociazione della molecola, mentre De corrisponde al valore di energia dell’asintoto. Esercizi sul moto vibrazionale L’ossido di carbonio è uno dei gas che producono l’effetto serra. Il gas azoto invece non contribuisce all’effetto serra. Spiegate perché in termini di probabilità di transizione tra stati vibrazionali. W12 B B coefficiente di Einstein dell’assorbimento stimolato dalla radiazione B = cost (21)2 21 2 E 1 Per le transizioni vibrazionali vv’: trans v' v d 0 x ... dx 0 d trans v ' 0 v v ' x v dx 0 d trans v ' x v dx 0 Questo termine è eguale a zero per N2 ma è 0 per C=O Esercizi e definizioni sugli OM 1. In cosa consiste il metodo LCAO per il calcolo degli OM? 2. Definire gli OM di tipo e di tipo . 3. Descrivere gli OM presenti nella molecola a. di metano; b. di etene. 4. Definire il metodo variazionale per trovare i coefficienti degli OA negli OM. 5. Approssimazioni nel metodo di Huckel. OM costruiti con il metodo LCAO 1. Scrivere la forma degli orbitali di legame e di antilegame 1 e 2*per la molecola di H2 come combinazioni lineari di orbitali atomici, e dimostrare come si trovano i coefficienti delle combinazioni lineari. 2. Le espressioni per l’energia degli orbitali di legame e di antilegame 1 e 2*per la molecola di H+2 sono: 1 E1 ( ) 1 S 1 E2 ( ) 1 S Spiegare il significato fisico dei parametri. 1 1 c11 (1S A ) c12 (1S B ) 2 * c12 (1S A ) c22 (1S B ) c1i c2i c i per simmetria 1 c (1S A ) c (1S B ) L’orbitale deve essere totalsimmetrico perché è quello a energia più bassa, quindi il segno dei due coefficienti deve essere eguale: 1 c(1S A ) c(1S B ) L’OM deve essere normalizzato: 1 1 1 1 1 c(1S A ) c(1S B ) c(1S A ) c(1S B ) c(1S A ) c(1S A ) c(1S B ) c(1S B ) 2 c(1S A ) c(1S B ) c(1S A ) c(1S A ) c(1S B ) c(1S B ) 2 c(1S A ) c(1S B ) (c) 2 (c) 2 2(c) 2 S 2(c) 2 (1 S ) 2(c) 2 (1 S ) 1 1 (c ) 2 2(1 S ) 1 c 2(1 S ) 2 * c' (1S A ) c' (1S B ) 1 1 c(1S A ) c(1S B ) 2(1 S ) (1S A 1S B ) deve essere ortogonale a 1, e quindi deve essere: 2 * c' (1S A ) c' (1S B ) Imponendo la normalizzazione 2 2 1 si trova 2 * 1 2(1 S ) (1S A 1S B ) Spiegare perché la molecola di O2 è paramagnetica. Regole di Hund Principio di Pauli Gli orbitali molecolari di tipo Hückel del ciclopropenile sono : 1 (1 / 3 ) p1 (1 / 3 ) p2 (1 / 3 ) p3 2 (1 / 6 ) p1 (1 / 6 p2 ) ( 2 / 6 ) p3 3 (1 / 2 ) p1 (1 / 2 ) p2 a. Determinare le energie dei tre orbitali calcolando il valor medio dell’hamiltoniano per i tre orbitali molecolari. b. Determinare la densità di carica e la densità di spin sugli atomi di carbonio. c. In che stato di spin è il ciclopropenile? E il suo anione? Soluzione Orbital energies in units of |beta| relative to alpha MO number 1 2 3 Occupancy (2) (1) (0) Energy -2.000 1.000 1.000 # 1 C -0.577 0.0000 0.816 2 C -0.577 0.707 -0.408 3 C -0.577 -0.707 -0.408 Dal momento che questi due OM sono degeneri, l’elettrone ha probabilità ½ di essere su ciascuno dei due OM, e di questo bisogna tener conto calcolando la densità di carica e la densità di spin. Population Tables ~~~~~~~~~~~~~~~~~ Atoms # Symbol hX ElectronPop. NetCharge 1 C 0.00 1.000 0.000 2 C 0.00 1.000 0.0000 3 C 0.00 1.000 0.0000 Bonds i j X --Y 1 2 C --C 2 3 C --C 1 3 C --C kXY -1.00 -1.00 -1.00 φ2 φ3 BondOrder 0.500 0.500 0.500 - +2 φ1 Stati di spin: doppietto per la molecola neutra (1 elettrone spaiato), tripletto per l’anione (regola di Hund) Esempio: Densità di spin sull’atomo 1 1 1 1 1 (c12 ) 2 (c13 ) 2 2 2 3