Эволюция
<<  Возможности государственной поддержки для развития органического сектора Своеобразие органического мира Австралии  >>
. Теоретическое рассмотрение электронного строения атома углерода и
. Теоретическое рассмотрение электронного строения атома углерода и
вероятность нахождения электрона около ядра для различных атомных
вероятность нахождения электрона около ядра для различных атомных
способность образовывать устойчивые соединения зависит от величины
способность образовывать устойчивые соединения зависит от величины
Теоретическое рассмотрение электронного строения атома углерода и
Теоретическое рассмотрение электронного строения атома углерода и
Гибридизация АО в С. Валентности атома С в различных соединениях
Гибридизация АО в С. Валентности атома С в различных соединениях
еще одно возбужденное состояние углерода связанно с sp2 гибридизацией
еще одно возбужденное состояние углерода связанно с sp2 гибридизацией
рассмотрим последнее возбужденное состояние атома углерода — sp
рассмотрим последнее возбужденное состояние атома углерода — sp
главной особенностью атома С (также как и О и N) является способность
главной особенностью атома С (также как и О и N) является способность
Несомненный интерес представляет бор(2s, 2р орбиталь c одним
Несомненный интерес представляет бор(2s, 2р орбиталь c одним
Ароматические углеводороды (с делокализованной системой - электронов)
Ароматические углеводороды (с делокализованной системой - электронов)
Ароматические углеводороды с симметрией D 2h (осевой)— полиацены
Ароматические углеводороды с симметрией D 2h (осевой)— полиацены
Графит и графен
Графит и графен
Нанотрубки
Нанотрубки
Физические эксперименты, подтверждающие наличие делокализованной
Физические эксперименты, подтверждающие наличие делокализованной
сама молярная магнитная восприимчивость, связанна с кольцевым током,
сама молярная магнитная восприимчивость, связанна с кольцевым током,
Неожиданным оказывается тот факт, что рассчитанный радиус для С60
Неожиданным оказывается тот факт, что рассчитанный радиус для С60

Презентация на тему: «Теоретическое рассмотрение электронного строения атома углерода и отдельных органических молекул». Автор: Nina. Файл: «Теоретическое рассмотрение электронного строения атома углерода и отдельных органических молекул.ppt». Размер zip-архива: 1164 КБ.

Теоретическое рассмотрение электронного строения атома углерода и отдельных органических молекул

содержание презентации «Теоретическое рассмотрение электронного строения атома углерода и отдельных органических молекул.ppt»
СлайдТекст
1 . Теоретическое рассмотрение электронного строения атома углерода и

. Теоретическое рассмотрение электронного строения атома углерода и

отдельных органических молекул

Кремний и углерод. Оба этих элемента находятся в 4-ой группе Периодической системы и, следовательно, не являются типичными металлами или типичными изоляторами, скорее их можно отнести к полупроводникам. В то же время известно около миллиона соединений на основе углерода и гораздо меньшее число (десятки) на основе кремния, в чем причина?

Обычные АО содержат по 2 электрона, по правилу Гунда вырожденные р-АО заполняются вторым электроном только в том случае, если заполнены все вырожденные оболочки Px, Py, Pz.

2 вероятность нахождения электрона около ядра для различных атомных

вероятность нахождения электрона около ядра для различных атомных

орбиталей: 1s орбиталь имеет один максимум, расстояние максимума от ядра ~0,5A, 2s — два максимума (0,4A, 2,6A) 2р — один максимум ( 2,3 A) и близкую к нулю вероятность вблизи ядра Радиальные волновые функции и плотность вероятности нахождения электрона для 2р и 3р атомных орбиталей. в атоме кремния последней заполненной орбиталью является трехкратно вырожденная 3р орбиталь, вероятность нахождения электрона около ядра для этой орбитали имеет 2 максимума и один узел

3 способность образовывать устойчивые соединения зависит от величины

способность образовывать устойчивые соединения зависит от величины

интеграла перекрытия ??1(r), ?2(r) — невозмущенные атомные волновые функции, соответствующие электронам на атомах 1 и 2, соответственно, а V(r) — потенциал возмущения, связанный с наличием второго центра. Указанный потенциал знакопостоянен, тогда как волновые функции для достаточно сложных атомных конфигураций могут быть знакопеременными. Ясно, что в последнем случае, когда под знаком интеграла стоит знакопеременная величина, значение интеграла меньше. Именно так обстоит дело с орбиталями с главным квантовым числом большим, чем 2, и в этом отношении, как будет показано, элементы второго ряда имеют преимущества перед элементами из более высоких рядов.

Молекулярные орбтали

4 Теоретическое рассмотрение электронного строения атома углерода и
5 Гибридизация АО в С. Валентности атома С в различных соединениях

Гибридизация АО в С. Валентности атома С в различных соединениях

(алканы, алкены, алкины).

В основном состоянии атом С двухвалентен — может образовывать ковалентную связь с двумя атомами Н, однако CH2 является нестабильным соединением, более стабильным оказывается метан — CH4. Как можно это обьяснить? Наличие потенциала возмущения при образовании МО (от соседних атомов) приводит к гибридизации 2s и 2р АО. Гибридизация — способ образования АО с учетом отталкивания электронных пар валентной оболочки Ослабление отталкивания между электронными парами валентной оболочки достигается максимально возможным удалением этих пар друг от друга (две пары электронов в атоме располагаются под углом 180 между парами, три пары — под углом 120 и т.д.) Гибридизация 2s и всех трех 2р АО приводит к образованию 4 гибридных орбиталей с одинаковой энергией — каждая из них обозначается 2sp3 (2 означает главное квантовое число, а sp3 -указывает на то что орбиталь состоит на 1/4 из 2s-орбитали и на 3/4 из 2р-орбитали). Это приводит к 4 эквивалентным орбиталям с углами 109.5 между ними. Такая гибридизация обеспечивает минимальное отталкивание между 4 связывающими парами электронов в метане. гибридизация — это способ с помощью которого молекула принимает геометрию, обусловленную отталкиванием электронных пар валентной оболочки.

Класс соединеий, в которых С выступает в 2sp3 гибридизованном состоянии называется алканы (Сn H2n+2), к ним относятся метан (CH4), пропан полиэтилен, а также алмаз

6 еще одно возбужденное состояние углерода связанно с sp2 гибридизацией

еще одно возбужденное состояние углерода связанно с sp2 гибридизацией

Гибридизация в этом случае происходит между 2 и двумя из трех 2р АО, получается 3 sp2 гибридизованных орбитали, расположенных в одной плоскости под углом 120 и одна перпендикулярная к ним негибридизованная 2р орбиталь. Таким состоянием атома С обьясняется существование класса соединений — алкены (Сn H2n), к ним относятся этилен (C2H4), полиацетилен и др. Рассмотрим молекулу этилена C 2H 4 . Четыре sp2 орбитали (по две от каждого атома С) образуют сигма связи с атомами Н, Две такие же орбитали (по одной от каждого С) образуют сигма связь между атомами С, а две 2р АО образуют пи связь между атомами С. Сочетание сигма и ? связей между атомами С называется двойной связью.

Ао мо

2p 2sp2

2р 2s

Полиацетилен (СН)n Полифенилен

7 рассмотрим последнее возбужденное состояние атома углерода — sp

рассмотрим последнее возбужденное состояние атома углерода — sp

гибридизованное. В этом случае s орбиталь гибридизуется с одной 2р орбиталью и остаются две заполненные 2р орбитали. Две sp орбитали расположены под углом 180? , две р-орбитали перпендикулярны им и друг другу. В такой гибридизации С выступает в соединении ацетилен и ряде других соединений, называемых алкины (Сn H2n-2). В ацетилене (C2H2) два водорода присоединяются к двум sp орбиталям, между атомами С образуется одна s и две p связи (тройная связь), причнм две p связи образуют цилиндрическое облако p электронов около двух атомов С ацетилен полидиацетилен

2p 2s

2p 2sp

8 главной особенностью атома С (также как и О и N) является способность

главной особенностью атома С (также как и О и N) является способность

к гибридизации и к образованию соединений с двойными и тройными связями, в которых присутствует p -связь. Следствием этого является огромное количество соединений на основе С в том числе и таких сложных как энзимы и другие биоактивные соединения. В отличие от органики кремний не образует устойчивых соединений с двойными и тройными связями ( нет p -связей ), поскольку перекрытие 3р АО оказывается достаточно слабым, число соединений на основе кремния можно пересчитать по пальцам

. Пример образования МО из двух 2p АО углерода и МО из двух 3p АО кремния. С2Н4 этилен (стабильное соединение), Si2Н4 (нестабильное соединение)

9 Несомненный интерес представляет бор(2s, 2р орбиталь c одним

Несомненный интерес представляет бор(2s, 2р орбиталь c одним

электроном), поскольку при образовании молекул в нем тоже могут образовываться пи-связи, так в настоящее время уже синтезированы аналог графена (металл) и аналог нанотрубок на основе бора (B3N3) –металлические или полупроводниковые.

10 Ароматические углеводороды (с делокализованной системой - электронов)

Ароматические углеводороды (с делокализованной системой - электронов)

Результаты рентгеноструктурного и спектрального анализа показали, что все длины связей между атомами С в бензоле равны 1.39 ?, (в других соединениях длины двойной и одинарной связи отличаются; C= C -1,2A С=С — 1.34 ? , С-С — 1.54 ? ); радиус молекулы — 1.4 ?. Углы между атомами С или группами С-Н составляют 120?. Атомные орбитали С в бензоле sp3 гибридизованы, т.е. на каждую пару атомов приходится одна p -связь. Электроны от 3-х таких связей делокализованы, плотность -электронов равномерно распределена по двум кольцам (верхнему и нижнему).

Метод ЛКАО дает 3 связывающих -орбитали (основных уровней) и 3 разрыхляющих орбитали. Связывающие орбитали по принципу Паули заполнены электронами с противоположными спинами. Зазор между ними равный ширине запрещенной зоны или двойному интегралу перекрытия -2t составляет 6 эВ.

11 Ароматические углеводороды с симметрией D 2h (осевой)— полиацены

Ароматические углеводороды с симметрией D 2h (осевой)— полиацены

бензол C 6H 6- E g =6 эВ Eg=2t нафталин C 10H 8 — E g = 5 эВ антрацен C 14H 10 — E g = 3.9 эВ тетрацен C 18H 12- E g =2.8 эВ пентацен C 22H 14- E g = 2.2 эВ Бифенил Eg=2t-t1

Ароматические углеводороды с другой молекулярной симметрией (круговой):Коронен C 24H 12 — E g =1.0 эВ (полупроводник, используется в фотоэлементах), , Графит, графен — E g =0 эВ (вдоль упорядоченных двумерных слоев). фуллерен C60— E g =1.5 эВ (полупроводник)12 –пентагенов, 20-гексагенов

12 Графит и графен

Графит и графен

В каждом слое расстояние между атомами одинаково и равно 1.42 ?, расстояние между слоями 3.35 ?, т.е. взаимодействие между слоями значительно меньше, чем в плоскости слоев (соответствующие интегралы перекрытия 0.39 и 3.16 эВ). Анизотропия проводимости очень велика: 2 104 — 8 (ом см)-1 вдоль и поперек слоев. Подвижность носителей вдоль слоев очень высока ~ 104 cm2/B?c, а концентрация носителей относительно мала 1019 cm-3 .

Носители в графен инжектируюся из затвора: n,р~1013см-2. подвижноть 2 104см2/Вс при 300К Созданы полевые транзисторы с баллистическим транспортом и др.

13 Нанотрубки

Нанотрубки

Трубки характеризуются индексами m,n –координаты линии, перпендиКулярно которой закручивается НТ. Диаметр НТ= 0,08(m2+mn+n2) нм Если n-m=3p(p=0,1,2…), трубка –металлическая, остальные полупроводниковые

Нанотрубки- свернутые спиралью слои графита Стенки- гексагены, Шапочки- пентагоны и гексагены. Очень прочные (в электронном микроскопе можно видеть термические колебания нанотрубок и из зависимости амплитуды колебаний от Т определить модуль Юнга =104ГП, сталь -200ГП).

14 Физические эксперименты, подтверждающие наличие делокализованной

Физические эксперименты, подтверждающие наличие делокализованной

системы электронов в ароматических соединениях

, где ?? — магнитная восприимчивость в направлении перпендикулярном приложенному магнитному полю. Этот сдвиг для бензола равен1.46 м.д. (миллионные доли от рабочей частоты спектрометра) и соответствует теории при R=1.6? (что равно радиусу молекулы бензола).

ЯМР на бензоле Самым распространенным критерием ароматичности является возникновение кольцевого тока при приложении внешнего магнитного поля. В молекуле бензола (вследствие делокализации электронов в виде колец над плоскостью молекулы и под ней) во внешнем магнитном поле Н0 возбуждается кольцевой ток, ? ?электроны начинают двигаться по замкнутому кругу (Рис. 2.8). Этот ток в свою очередь, возбуждает аксиальное магнитное поле. В результате атомы Н находятся в более сильном поле и вступают в ЯМР (ядерный магнитный резонанс) при меньшем внешнем поле, что приводит к сдвигу соотвествуюшей линии ЯМР. Величина сдвига? ?, связанная с наличием кольцевого тока радиуса R:

15 сама молярная магнитная восприимчивость, связанна с кольцевым током,

сама молярная магнитная восприимчивость, связанна с кольцевым током,

для бензола в перпендикулярном магнитном поле равна : , где N – число Авогадро. Этот вклад в магнитную восприимчивость всегда отрицателен поскольку индуцируемый магнитный поток противоположен направлению приложенного магнитного поля. Используя значения ?? при низкой температуре, можно рассчитать радиусы вращения ?электронов в полностью углеродных соединениях.

R ,A

? –магн воспр.77К

?- сдвиг ЯМР

Алмаз

0,7

-5

Бензол

1,6

-40

7,3

Графит

7,8

-88

-

С60

0,7

- (5-0)

2,8 и 6,3

Нанотрубки

100

-300

-

16 Неожиданным оказывается тот факт, что рассчитанный радиус для С60

Неожиданным оказывается тот факт, что рассчитанный радиус для С60

оказывается очень малым порядка атомного; при этом размер самой молекулы С60 порядка 7 ?. Обьяснение этого явления связано с тем, что в фуллеренах под действием магнитного поля проявляются как диамагнитные так и парамагнитные кольцевые токи, которые гасят друг друга. зафиксирована сильная анизотропия магнитной восприимчивости нанотрубок. Это значит, что кольцевые токи текут в плоскости, перпендикулярной оси трубки, и их радиус порядка радиуса трубки.

.

«Теоретическое рассмотрение электронного строения атома углерода и отдельных органических молекул»
http://900igr.net/prezentacija/biologija/teoreticheskoe-rassmotrenie-elektronnogo-stroenija-atoma-ugleroda-i-otdelnykh-organicheskikh-molekul-102179.html
cсылка на страницу

Эволюция

21 презентация об эволюции
Урок

Биология

136 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по биологии > Эволюция > Теоретическое рассмотрение электронного строения атома углерода и отдельных органических молекул