Násobnost (chemie) - Multiplicity (chemistry)

v spektroskopie a kvantová chemie, multiplicita z úroveň energie je definován jako 2S + 1, kde S je moment hybnosti celkové rotace.[1][2][3] Státy s multiplicitou 1, 2, 3, 4, 5 jsou volány tílka, dublety, trojčata, kvarteta a kvinteta.[2] Násobnost se také rovná počtu nepárových elektronů plus jeden.[4]

Atomy

Násobnost se často rovná počtu možných orientací celkové rotace vzhledem k celkové hodnotě orbitální moment hybnosti L, a tedy k počtu blízkých–degenerovat úrovně, které se liší pouze jejich interakce spin-orbita energie.

Například základní stav z uhlík atom je a 3Stát P. Horní index tři (číst jako trojice ) označuje multiplicitu 2S + 1 = 3, takže celková rotace S = 1. Tato rotace je výsledkem dvou nepárových elektronů Hundovo pravidlo což upřednostňuje jedinou náplň zdegenerovaných orbitalů. Triplet se skládá ze tří stavů se složkami rotace +1, 0 a –1 ve směru celkového orbitálního momentu hybnosti, což je také 1, jak je naznačeno písmenem P. celkové kvantové číslo momentu hybnosti J se může pohybovat od L + S = 2 do L – S = 0 v celočíselných krocích, takže J = 2, 1 nebo 0.[1][2]

Násobnost se však rovná počtu orientací rotace, pouze pokud S ≤ L. Když S> L jsou možné pouze 2L + 1 orientace celkového momentu hybnosti, v rozsahu od S + L do S-L.[2][3] Základní stav dusík atom je a 4Stát S, pro který 2S + 1 = 4 v a kvartet Stát, S = 3/2 kvůli třem nepárovým elektronům. Pro stav S L = 0, takže J může být pouze 3/2 a existuje pouze jedna úroveň, i když je multiplicita 4.

Molekuly

Nejstabilnější organický molekuly mají kompletní elektronové skořápky bez nepárových elektronů, a proto mají singletní základní stavy. To platí i pro anorganické molekuly obsahující pouze prvky hlavní skupiny. Důležité výjimky jsou dioxygen (Ó2) stejně jako methylen (CH2) a další karbeny.

Vyšší rotační základní stavy jsou však velmi běžné koordinační komplexy z přechodné kovy. Jednoduché vysvětlení spinových stavů takových komplexů poskytuje teorie krystalového pole.

Dioxygen

Nejvyšší obsazená úroveň energie na oběžné dráze dioxygen je pár degenerovaných π * orbitaly. V základním stavu dioxygenu je tato energetická úroveň obsazena dvěma elektrony stejné rotace, jak je znázorněno na molekulární orbitální diagram. Molekula proto má dva nepárové elektrony a je ve stavu tripletů.

Naproti tomu první excitovaný stav dioxygenu má dva elektrony s opačným spinem na úrovni π *, takže zde nejsou žádné nepárové elektrony. V důsledku toho se jedná o singletový stav a je znám jako singletový kyslík.

Karbeny

v organická chemie, karbeny jsou molekuly, které mají atomy uhlíku a mají pouze šest valenčních elektronů, a proto neposlouchají oktetové pravidlo.[5] Karbeny se obecně dělí na tílko karbeny a trojice karbeny, pojmenované podle jejich spinové multiplicity. Oba mají dva nevázané elektrony; v singletových karbenech existují jako a osamělý pár a mají protilehlé rotace, takže nedochází k čisté rotaci, zatímco v tripletových karbenech mají tyto elektrony paralelní rotace.[6]

Reference

  1. ^ A b Atkins & de Paula 2006, str. 353.
  2. ^ A b C d Levine 1991, str. 308.
  3. ^ A b „multiplicity (multiplicity multiplicity)“. IUPAC Kompendium chemické terminologie. IUPAC (Mezinárodní unie pro čistou a aplikovanou chemii ). 2006. doi:10.1351 / zlatá kniha.M04062. ISBN  0-9678550-9-8. Citováno 30. března 2018.
  4. ^ Miessler & Tarr 1999, str. 33.
  5. ^ Clayden a kol. 2001, str. 1055.
  6. ^ Clayden a kol. 2001, str. 1061.

Bibliografie