Aufbau der Materie: Die kovalente Bindung. Inhalt Anisotrope Wechselwirkung: Kovalente Bindung Aufspaltung der Energie bei Kopplung Symmetrie der Orbitale

  • View
    115

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Aufbau der Materie: Die kovalente Bindung. Inhalt Anisotrope Wechselwirkung: Kovalente Bindung...

  • Folie 1
  • Aufbau der Materie: Die kovalente Bindung
  • Folie 2
  • Inhalt Anisotrope Wechselwirkung: Kovalente Bindung Aufspaltung der Energie bei Kopplung Symmetrie der Orbitale
  • Folie 3
  • Bohrsches Atommodell r1r1 r 2 =4r 1 r 3 =9r 1 r 4 =16r 1 E 1 =-13,6 eV E 2 =-3,4 eV E 3 =-1,5 eV E 1 =-0,85 eV
  • Folie 4
  • Energie der Elektronen in Bohrs Atommodell E [eV] mal 0,0529 [nm] Abstand vom Kern Bindungsenergie
  • Folie 5
  • Niveaus nach Bohrs Atommodell: Aufspaltung durch Kopplung bei Annherung
  • Folie 6
  • Quantenmechanisches Atommodell 2p2p 1s1s 2s2s Das quantenmechanische Modell zeigt -bei mehreren Elektronen im Atom- leicht unterschiedlichen Energiewerte fr feste Quantenzahl n, aber unterschiedliche Drehimpulsquantenzahlen l (n-1 l) (Effekt der Kopplung der Elektronen untereinander) n=2, l=0 n=2, l=1
  • Folie 7
  • Haupt- quantenzahl Drehimpuls- oder Nebenquantenzahl Orientie- rungs- Quanten- zahl Max. Zahl der Zustnde Form der Orbitale NSchale Schale, Orbital Typ Spin 1K0s0 2 2L 0s0 2 1p 6 0 1 Beispiel: Orbitale im Stickstoff Neon In der Valenzschale (n=2, L-Schale) von Stickstoff ist das Niveau m=1 unbesetzt, m=0 enthlt nur ein Elektron
  • Folie 8
  • Orbitalformen (1) Symmetrie In Stickstoff ist das Niveau m=1 unbesetzt
  • Folie 9
  • Energie W Orbitale in der Valenzschale (n=2) von Stickstoff 2s2s 2p2p 2s2s 2p2p n=2, l=0 n=2, l=1 m=-1 m=0 m=1 m=0 Jeder Zustand mit Quantenzahlen n, l, m (-l m l ) kann mit zwei Elektronen der Spins up und down besetzt werden
  • Folie 10
  • Energie W Orbitale der Valenzschale (n=2) in zwei Stickstoff-Atomen 2s2s 2p2p
  • Folie 11
  • Energie W Energieaufspaltung durch zunehmende Kopplung bei Annherung 2s2s 2p2p
  • Folie 12
  • Energie W Bindungsorbitale im Stickstoffmolekl 2s2s 2s*2s* 2s2s 2p2p 2p*2p* 2p*2p* 2p2p Blau unterlegt: Orbitale des Stickstoffmolekls, N 2 2p2p Bonding Anti- Bonding Anti-Bonding: Elektronenlcke (Dichteknoten) zwischen den Hlften
  • Folie 13
  • Orbitalformen im N 2 Molekl
  • Folie 14
  • N 2 Molekl In N 2 gibt es zwei Bindungen und eine Bindung Links und rechts: Elektronenwolken der Lone Pairs
  • Folie 15
  • Bindung in Richtung des Abstandsvektors: Bindung senkrecht zum Abstandsvektor: Folge: Anisotrope Bindung Spin des Elektrons Jedes Elektron zeigt ein magnetisches Moment, den Spin. In den Elektronenpaaren der Bindung stehen die Spins entgegengesetzt
  • Folie 16
  • Beispiel: Wassermolekl Schwerpunkte der negativen und positiven Ladungen sind getrennt: Ursache fr den Dipol-Charakter des Wassers, der das Leben auf der Erde ermglicht!
  • Folie 17
  • Beispiele fr kovalente Bindung Der Kohlenstoff in Diamant, Graphit und Fulleren unterscheidet sich auf atomarer Ebene nur in der Form der seiner Orbitale Es resultieren unterschiedliche Strukturen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften
  • Folie 18
  • GittertypAufbauSubstanzen A4 Diamant (C)-Typ Diamant, C, (sp 3 Hybridisierung) Si Ge Sn () : Grauer Zinn Diamant Hybridisierung: Im Diamant mischen sich ein kugelsymmetrisches s-Orbital und 3 p Orbitale zu einem einzigen Orbital mit Tetraeder Form. Auf diese Weise entsteht aus dem Kohlenstoff das Diamant Gitter, indem die Tetraeder ber die Ecken miteinander verknpft sind
  • Folie 19
  • GittertypAufbauSubstanzen Graphit- Gitter Graphit, C, (sp 2 Hybridisierung) Graphit Graphit mit kovalenter Bindung innerhalb der Schichten und van der Waals Bindung zwischen den Schichten C (Sn (C, (
  • Folie 20
  • GittertypAufbauSubstanzen Fulleren- Molekl C60 Durchmesser ungefhr 10 , Hohlraum etwa 7 Durchmesser Fulleren Im Fulleren Molekl gibt es zwei einfache- und eine Doppelbindung zu den Nachbarn
  • Folie 21
  • Zusammenfassung Anisotrope Wechselwirkung entsteht durch anisotrope Orbitale: Folge der Quantenmechanik, jenseits des Bohrschen Atommodells Folge: kovalente Bindung Die meisten Bindungen zeigen Mischungen von ionischen und kovalenten Anteilen Beispiel: Kohlenstoff als Diamant, Graphit und Fulleren. Diese Stoffe unterscheiden sich in der Form der Orbitale und deshalb in Art der Bindung Struktur physikalischen Eigenschaften
  • Folie 22
  • Finis