¿Por qué la mezcla de orbitales p de sigma 2s y 2 disminuir la energía de los orbitales sigma 2s y elevar la energía de los orbitales 2P de sigma?

Question

Mi generales de texto de química (Química General de los Principios y Aplicaciones Modernas, Décima Edición) dice que para la unión de las moléculas diatómicas con Z ≤ 7, orbital de la mezcla que se produce entre el $\sigma_{2s}$ $\sigma_{2p}$ orbitales moleculares debido a que están lo suficientemente cerca de la energía. Como resultado, la energía de la $\sigma_{2s}$ orbital molecular es baja y la energía de la $\sigma_{2p}$ orbital molecular es elevado.

Mi pregunta es por qué: si el $\sigma_{2s}$ orbital se mezcla con el $\sigma_{2p}$ orbital, no el modificado $\sigma_{2s}$ orbital ser más altos en energía, como resultado de la mezcla con un orbital ligeramente superior en energía?

Asimismo, no el modificado $\sigma_{2p}$ orbital es menor en energía como resultado de la mezcla con un orbital ligeramente menor en energía? ¿Por qué es al revés?

Answer 1

Esta es una fuente frecuente de confusión en mi experiencia - van a ver que hay al menos otras dos preguntas muy similares aquí ya.

Vamos a tomar el primer punto: ¿por qué el $\sigma_{2s}$ orbitales de más baja energía cuando se "mezcla" con el $\sigma_{2p}$?

Voy a ignorar "mezcla" y el uso de la palabra "interactuar" en su lugar. Si considero que la de los orbitales 1s en $\ce{H2}$, me tome dos 1s atómicos orbitales y que (por supuesto) interactúan. Así que un orbital disminuye en energía, y un orbital sube en energía.

Este es un tema común - si es que hay un cierto grado de solapamiento entre dos orbitales, uno será más estable y uno será menos estable. En el diagrama, nos reclaman "bonding" y "anti bonding" pero en moléculas más complejas, estas condiciones son difíciles de identificar (por ejemplo, benceno).

El tema sigue siendo: si los orbitales de interactuar (es decir, tienen la misma simetría), algunos van hacia abajo en energía, algunos se van hasta en energía.

Esa es la respuesta a su primera pregunta. Puesto que el $\sigma_{2s}$ orbitales hacer interactuar con $\sigma_{2p}$ 2s pasará a la energía.

La segunda pregunta es acerca de la $\sigma_2p$ va en energía.

Yo podría responder con una fórmula a partir de la mecánica cuántica, pero vamos a discutir cualitativamente. Aquí está un diagrama para dos la interacción de los orbitales:

Esto se parece mucho a nuestro caso, con el 2s y 2p. Vemos que el resultado es un sistema más probabilidades más estables - el orbital de menor energía es aún menor debido a la interacción.

Si consideramos el caso inverso - que el 2s sube en energía, y el 2p va hacia abajo en energía, tendríamos un sistema que es menos estable. En teoría, esto podría ocurrir si la interacción es negativo. En otras palabras, el sistema sería más estable sin la interacción de con.

En breve, la "mezcla" o la interacción entre 2s y 2p se produce debido a que la especie se vuelve más estable.