Jak nakreslit diagramy orbitalů: 5 kroků

Proč MO diagramy odměňují systém, ne talent

Diagram molekulových orbitalů působí děsivě — řecká písmena, energetické žebříky, šipky všude — ale každý vzniká stejnými pěti kroky. Zkouška ho hodnotí binárně: elektrony sedí na správných hladinách, nebo ne. Metodu se naučíte jednou a H2, O2 i všechny dvouatomové molekuly mezi nimi se nakreslí samy.

Tento průvodce projde všech pět kroků a aplikuje je na dvě klasické ukázky.

Co potřebujete před začátkem

• Počet valenčních elektronů molekuly (H přispívá 1, C 4, N 5, O 6)
• Vzorec vazebného řádu: (vazebné − antivazebné elektrony) / 2
• Tužku — elektrony se mezi kroky stěhují, kreslete hladiny nejprve lehce

Krok 1: Spočítejte valenční elektrony

Sečtěte valenční elektrony obou atomů. H₂ má 2; N₂ má 10; O₂ má 12; F₂ má 14; He₂ má 4. Součet si napište nahoru — každá šipka nakreslená poté musí dát dohromady přesně tolik.

Krok 2: Nakreslete žebříky atomových orbitalů

Valenční atomové orbitaly každého atomu nakreslete jako krátké vodorovné čárky vlevo a vpravo — u dvouatomových molekul druhé řady: jedna čárka 2s a sada 2p (tři čárky, kreslené jako jedna hladina) na každé straně. Obě strany jsou totožné a ve stejných výškách.

Krok 3: Doprostřed napište molekulové orbitaly

Mezi oběma žebříky nakreslete pro každý pár atomových orbitalů vazebnou a antivazebnou hladinu, antivazebnou označte hvězdičkou (*). Pořadí hraje roli: u O₂ a F₂ leží σ2p pod dvojicí π2p; u B₂ až N₂ se pořadí obrací a π2p leží pod σ2p. Ta otočka je nejdůsledněji zkoušený detail MO diagramů.

Krok 4: Naplňte hladiny odspodu

Přidávejte elektrony jako malé šipky, nejnižší hladina první (Aufbau). Do degenerovaného páru nejprve po jednom elektronu, teprve pak párujte (Hund), a páry kreslete jako šipku nahoru a dolů (Pauli). V O₂ končí dvě hladiny π*2p každá jedinou šipkou nahoru — tyto dva nepárové elektrony jsou odpovědí na „proč je kyslík paramagnetický".

Dva hotové diagramy ke srovnání:

Krok 5: Spočítejte vazebný řád a předpovězte magnetismus

Spočítejte vazebné a antivazebné elektrony a použijte vzorec. H₂: (2−0)/2 = 1. O₂: (8−4)/2 = 2. Vazebný řád nula — He₂ s (2−2)/2 = 0 — znamená, že molekula neexistuje. Jakýkoli nepárový elektron dělá z molekuly paramagnetikum; žádný znamená diamagnetikum.

Časté chyby, kterým se vyhnout

1. Špatné pořadí hladin u N2 — u B2, C2 a N2 leží π2p POD σ2p; od O2 se vrací zpět.
2. Počet elektronů zabíhá — před dokončením přepočítejte šipky proti součtu z kroku 1.
3. Příliš brzké párování v degenerovaných hladinách — singly se nejdřív rozprostřou do obou hladin π.
4. Vynechat antivazebné elektrony ve vzorci — vazebný řád potřebuje oba počty.
5. Zaměnit σ a σ* — hvězdička je antivazebná hladina; leží výš a od vazby se odečítá.
6. Skončit u obrázku — otázka většinou chce vazebný řád nebo magnetismus, ne jen diagram.

Taháková tabulka

Tisknutelný seznam kontrol

Před odevzdáním diagramu projděte tento seznam:

• Valenční elektrony spočítány a napsány nahoru
• Žebříky atomových orbitalů na obou stranách totožné
• Pro každý pár orbitalů vazebná I antivazebná hladina
• Pořadí hladin odpovídá molekule (otočka π2p/σ2p před O2)
• Elektrony plněné odspodu, singly rozprostřené před párováním, páry s opačným spinem
• Počet šipek souhlasí se součtem z kroku 1
• Vazebný řád spočítán vzorcem a uveden
• Magnetismus odvozen z nepárových elektronů

Potřebujete MO diagram rychle?

Chcete-li si zkontrolovat výsledek — nebo ruční kreslení úplně přeskočit — pojmenujte molekulu a AcaDraw vygeneruje čistý MO diagram ve stylu učebnice, který můžete upravovat a exportovat. Začněte na stránce generátoru MO diagramů. První obrázek vazby najdete v generátoru Lewisových struktur.

Zdroje

• OpenStax Chemistry 2e, 8.4 Molecular Orbital Theory
• LibreTexts Chemistry