KI2141-2015 SIK Lecture04 MolecularStructure ValenceBond

Struktur dan Ikatan KimiaKI 2141

Achmad RochliadiPh.D.Program Studi KimiaInstitut Teknologi Bandung

Molecular Structure

. Personal Use Only .

2

Lecture Outline

• Valence-bond theory• Homonuclear diatomic molecules• Polyatomic molecules

• Molecular Orbital theory• The hydrogen molecule-ion• Homonuclear diatomic molecules• Heteronuclear diatomic molecules

• Molecular orbital for polyatomic systems• The huckel approximation• Computational Chemistry• The prediction of molecular properties


3

Molecule

● Atom tidak ditemukan dalam keadaan bebas, melainkan membentuk kelompok atom melalui ikatan antar atom dengan tujuan agar memiliki energi yang lebih rendah (Stabil).

● Dikenal beberapa jenis ikatan antara atom-atom:

● Ikatan ionik● Ikatan kovalen, ● Gaya antaraksi Van der Waals.● Ikatan logam● Ikatan hidrogen


4

Molecule

● Secara prinsip mekanika kuantum terdapat 2 jenis teori yang menjelaskan struktur elektronik dari suatu molekul yaitu:

● Teori VB (Valence Bond) : pemakaian bersama pasangan elektron. Teori kuantum untuk VB ini adalah mencari bagaimana fungsi gelombang untuk pasangan elektron yang terlibat dalam ikatan tersebut.

● Teori MO (Molecular Orbital): pengembangan lebih lanjut dari suatu orbital atom, pada MO fungsi gelombang menjadi diperluas tidak hanya pada satu atom namun mencakup semua atom yang terdapat dalam suatu molekul.


5

Hurdle in Diatomic Molecule

● To specify the positions of the two nuclei and n electrons requires 6 + 3n coordinates

● Transform to center-of-mass coordinates● Complication: for molecules the nuclei do not lie at or

near the center of mass● nuclei = coulombic force centers● three coordinates = position of center of mass in space;

three coordinates = relative position of the nuclei, choose:

● R = internuclear distance● (Θ, Φ) = orientation of internuclear vector in space● change in R = molecular vibration● change in (Θ, Φ) = molecular rotation


6


7

● position of electrons: coordinates relative to center of mass


8

Complicated Schrodinger equation that cannot be solved


9

Born-Oppenheimer approximation

Heavy nuclei move slowly compared to the electrons. The nuclei is being fixed at arbitrary position. Solved the Shrodinger equation for the wavefunction of the electron.The Hamiltonian :

With the nuclei are stationery, The R is fixed so is a parameter, not a variable and the Full Hamiltonian :


10

The Hamiltonian :


11

The equation become a motion of a “single particle” of mass u in the potential E

e(R)

A molecular potential energy curve.. Personal Use Only .

12

Valence-bond theory

Dikenalkan konsep spin ikatan, overlap orbital, ikatan sigma dan pi, hibridisasi. Suatu ikatan kimia akan terbentuk apabila elektron pada atom orbital berpasangan dengan elektron pada atom orbital lainnya.Struktur Lewis dan Metoda VSEPR dapat membantu dalam memperkirakan banyaknya ikatan dan pasangan elektron bebas. Sayangnya tidak dapat memperlihatkan jenis orbital elektron yang berperan dalam ikatan (s, p, d atau f).Metoda VSEPR juga dapat membantu memprediksi bentuk geometri dari suatu molekul.


13

Hydrogen molecule ion


14

Homonuclear diatomic molecule

Molekul yang paling sederhana H2 dengan fungsi gelombang :

Writing in simple form

or

The linear combination of the wavefunction

Combination with the lower energy is given by


15


16

Nitrogen molecule

Electron configuration for N

Formation of σ bond


17

Formation of π bond

Structure of Nitrogen. Personal Use Only .

18

Weakness of formulation of VB theory

Not capable to account carbon tetravalence

Carbon electronic configuration only provide 2 bonds

Solved by introducing promoption/hibridization

The new orbital must equivalen, using linear combination we have

sp3 hibridation wave function


19

Sp3 hybridisation


20

Water StructureSp3 hibridization


21

Sp2 Hydbridisation


22


23


Documents

KI2141-2015 SIK Lecture04 MolecularStructure ValenceBond