1

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

МИРЭА – Российский технологический университет

Институт тонких химический технологий имени М.В. Ломоносова

Кафедра физической химии

им. Сыркина Я.К.

Лабораторная работа №3

«Теоретическое изучение электронного и геометрического строения многоатомных молекул методом МО ЛКАО»

Задание выполнили

Руководитель работы

Москва 2018

1. Цель работы:

1) Расчет основных структурных параметров трехатомной молекулы с использованием полуэмпирического метода MNDO.

2) Построение энергетических диаграмм трехатомной молекулы по результатам теоретического расчета.

3) Построение и анализ граничных поверхностей молекулярных орбиталей и определение типов симметрии МО.

Объекты: BeH₂, CS₂

Расчетный метод: полуэмпирический метод MNDO

2. Теоретическая часть и расчеты.

Для построения схемы энергетических уровней таких молекул нужно исходить из следующих условий:

1) Центральный атом взаимодействует с несколькими атомами, поэтому нужно использовать ЛКАО атомов, взаимодействующих с центральным атомом.

2) АО центрального атома и атомов, связанных с ним, эффективно взаимодействуют, если они по энергии близки. В атомный базис следует включать АО внешних незаполненных оболочек атомов.

Чтобы построить схему молекулярных уровней молекулы нужно «привязать» ее к системе координат, поместив центральный атом в начало координат, выбрать атомный базис и расположить атомные уровни относительно друг друга с учетом их энергии.

Подход метода молекулярных орбиталей к приближенному описанию свойств молекул нам уже знаком: все электроны находятся на многоцентровых молекулярных орбиталях, охватывающих всю молекулу. Такие орбитали называют делокализованными. Многоцентровые молекулярные орбитали классифицируются по свойствам симметрии. Последняя же определяется симметрией равновесной геометрической конфигурации молекул.

Для многоатомных линейных молекул классификация на σ-, π-орбитали та же, что и для двухатомных молекул. Для молекул группы D_∞h, имеющих центр симметрии, МО подразделяется еще на четные (g) и нечетные (u).

Для нелинейных многоатомных молекул классификация МО ведется по отношению к операциям симметрии, характерным для данной равновесной конфигурации молекулы: a–симметричные типы орбиталей, b–антисимметричные, e–дважды вырожденные (от немецкого слова entartet), t-трижды вырожденные. Эти многоцентровые МО приближенно описываются как линейные комбинации атомных орбиталей всех атомов. В этой картине нет места, казалось бы, для локализованных двуцентровых связей, хорошо описывающих для многих молекул и направленность орбиталей, и целочисленность валентности, и аддитивность свойств. Однако, как показал Леннард-Джонс, для многоатомной молекулы волновая функция, построенная из делокализованных многоцентровых молекулярных орбиталей, в определенных случаях может быть математически преобразована в функцию, построенную из двуцентровых, локализованных молекулярных орбиталей. А это значит, чтоэлектроны в такой молекуле делокализованы, общее распределение электронной плотности такое или почти такое, как если бы в ней существовали локализованные двуцентровые связи. Поэтому для таких молекул можно использовать наглядное представление о локализованных связях вводя для них двуцентровые МО.

Для многоатомных нелинейных молекул также принято подразделять МО на σ, π, но в отличие от линейных молекул оно не связано с квантовым числом λ, а только с формой электронного облака МО.