Dvoatomna molekula

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Jump to navigation Jump to search
Preferences-system.svg Ovom članku potrebna je jezička standardizacija, preuređivanje ili reorganizacija.
Pogledajte kako poboljšati članak, kliknite na link uredi i doradite članak vodeći računa o standardima Wikipedije.
Gnome-edit-clear.svg Ovaj članak zahtijeva čišćenje.
Molimo Vas da pomognete u poboljšavanju članka pišući ili ispravljajući ga u enciklopedijskom stilu.
Spelling icon.svg Moguće je da ovaj članak ne poštuje standarde Wikipedije na bosanskom jeziku
kao što su upotreba afrikata, pravopis, pisanje riječi u skladu sa standardima, te način pisanja članaka.
Prostorni model dvoatomske molekule N2

Dvoatomne ili diatomske molekule su one koje se sastoje samo od dva atoma, istog ili sličnog hemijskog elementa. Ako se diatomska molekula sastoji od dva atoma istog elementa, kao što su vodik (H2) ili kisik (O2), kaže se da je homonuklearna. U suprotnom slučaju, ako je diatomska molekula sastavljena od dva različita atoma, kao što su ugljik-monoksid (CO) ili dušik-oksid (NO), molekula je heteronuklearna.

Tabla periodnog sistema elemenata koja pokazuje elemente koji postoje u homonuklearnim dvoatomskim molekulama u tipskim laboratorijskim uvjetima

Hemijski elementi koji formiraju homonuklearne dvoatomske molekule pod standardnom temperaturom i pritiskom (STP) (ili tipskim laboratorijskim uvjetima: 1 bar i 25 °C) su samo plinovi vodik (H2), dušik (N2), kisik (O2), fluor (F2) i hlor (Cl2).[1]

Plemeniti plinovi (helij, neon, argon, kripton, ksenon iradon) su također plinovi na STP, ali su monatomski. Homonuklearni dvoatomski plinovi i plemeniti zajedno se označavaju kao "elementarni plinovi" ili "molekulski plinovi", da bi se razlikovali od ostalih plinova koju su hemijski spojevi.[2]

Na blago povišenim temperaturama, halogeni brom (Br2) i jod (I2) također formiraju diatomske plinove.[3] Svi halogeni su rergistrirani kao diatomske molekule, osim astatina, koji je u tom pogledu neizvjestan. Ostali elementi formiraju diatomske molekule kada ispare, ali ova diatomska vrsta se repolimerizira kada se ohladi. Grijanje ("pucanje") elementarnog fosfora daje difosfor, P2. Sumporna para je uglavnom disumpor (S2). Dilitij (Li2) je poznat u plinskoj fazi. Dvovolfram (W2) i dimolibden (Mo2), u plinskoj fazi, formiraju šesterostruke veze. U homonuklearnoj molekuli diatomske molekule su nepolarne.

Heteronuklearne molekule[uredi | uredi izvor]

Sve ostale diatomske molekule su hemijski spojevi dva različita elementa. Mnogi elementi mogu kombinirati formiranje heteronuklearne diatomske molekule, u zavisnosti od temperature i pritiska. Uobičajeni primjeri uključuju plinove ugljik-monoksid (CO), dušik-oksid (NO) i hlorovodik (HCl).

Mnogi binarni spojevi sa omjerom atoam 1:1, obično se ne smatraju diatomskim jer su na sobnoj temperaturi polimerni, ali oni tvore diatomske molekule kada ispare, naprimjer plinoviti MgO, SiO i mnogi drugi.

Ispoljavanje[uredi | uredi izvor]

Identificirano je na stotine diatomskih molekula,[4] u Zemljinom okruženju, laboratorijama i u međuzvjezdanom prostoru. Oko 99% Zemljine atmosfere sastoji se od dvije vrste diatomskih molekula: dušik (78%) i kisik (21%). Prirodni izvori vodika (H2) u Zemljinoj atmosferi iznose samo reda milionitih dijelova, ali H2 je najzastupljenija diatomska molekula u svemiru. Međuzvezdanim prostorom, zaista, dominiraju atomi vodika

Molekulska geometrija[uredi | uredi izvor]

Glavni članak: Molekulska geometrija

Diatomske molekule ne mogu imati nikakvu geometriju, već linearnu, tako da svake dvije tačke uvijek leže u ravnoj liniji. Ovo je najjednostavnij prostorno uređenje atoma.[5]

Pobuđena elektronska stanja[uredi | uredi izvor]

Diatomske molekule su normalno u najnižem ili osnovnom stanja, koja je dogovorno također poznato kao stanje. Kada se plin diatomski molekula bombardira energetskim elektronima, neke od molekula mogu biti pobuđene na viša elektronska stanja, kao što se dešava, naprimjer, u prirodnom fenomenu Aurora, na velikim visinama nuklearne eksplozije i raketama koje prenose elektronski top eksperimenata. Takva ekscitacija također se može javiti kada plin apsorbira svjetlo ili druga elektromagnetna zračenja. Pobuđena stanja su nestabilna i prirodno se vraćaju u osnovno stanje. Preko raznih kratkovremenih skala, nakon pobude (obično djelić sekunde ili ponekad i duže od jedne sekunde, ako je oobuđeno stanje metastabilno), javljaju se prelazi od viših na niža elektronska stanja i na kraju u osnovno stanje, a na svakoj tranziciji rezultat je emisija fotona. Ova emisija je poznat kao fluorescencija. Sukcesivno viša elektronska stanja se konvencionalno nazivaju , , , itd. (ali ova konvencija se uvijek ne slijedi po abecednom redu, kao u primjeru koji je u nastavku). Energija pobude mora biti veća ili jednaka energiji elektronskog stanja, kako bi se pojavila ekscitacija.

U kvantnoj teoriji, elektronsko stanje diatomske molekule predstavljeno je obrascem:

gdje

  • = ukopni kvantni broj electronskog spina,
  • = ukupni elektronski uglovni amomentum kvantnog broja duž internuklearne ose, i
  • = vibracijski kvantni broj.

poprima vrijednosti 0, 1, 2, ..., koje su predstavljene simbolima elektronskog stanja , , ,…. Naprimjer, u slijedećoj tabeli navedena su zajednička elektronska stanja (bez vibracijskih kvantnih brojeva), uz energiju najniže vibracijske razine () diatomskog dušika(N2), najučestalijeg plina u Zemljinoj atmosferi. U tabeli, indeksi i superskriptirani prema koji daju dodatne kvantne mehaničke detalje o elektronskom stanju.

Stanje Energija (, cm−1)*
0,0
49754,8
59306,8
59380,2
65851,3
67739,3
68951,2
71698,4
  • Jedinice "energije" zapravo su recipročne talasne dužine fotona koji se emitira u tranziciji na najniže energetsko stanje. Stvarna energija može se naći množenjem date statistike koja je proizvod c (brzina svjetlosti) i h (Plankova konstanta), odnosno, oko 1,99 × 10 -25 džul metara, a potom množenjem još faktorom 100 pretvorenog iz cm−1 to m−1.

Navedena fluorescencija javlja se na različitim regijama elektromagnetnog spektra, pod nazivom "emisija bendova": svaki bend (traka) odgovara određenoj tranziciji iz višeg u niže elektronskog stanje i vibracijski nivo (obično, mnogi vibracioni nivoi su uključeni u pobuđenoj plinskoj diatomskoj molekuli). Naprimjer, N 2- bendovi emisije (Vegard-Kaplan bendovu) prisutni su u spektru 0,14-1,45 μm (mikrometara). Dati bend može se proširiti na nekoliko nanometara u elektromagnetskom prostoru talasne dužine, zbog raznih tranzicija koje se javljaju u broju molekulskom rotacijskom kvantnom broju, . Ovi su razvrstani u različite grane pod-bendova, u zavisnosti od promjene u .[6] grana odgovara za , t za i grana za. Bendovi se širi još dalje ograničenjem spektarske rezolucije spektrometra koji se koristi za mjerenje spektra. Spektralna rezolucija zavisi od i funkcije tačke širenja instrumenta

Razine energije[uredi | uredi izvor]

Simbol molekulskog termina je skraćeni izraz ugaonih momenata koje karakterišu elektronska kvantna stanja diatomskih molekula, koje su eigenstanje elektronske molekulske hamiltonovske kvantne mehanike . Također je pogodan i općenit, za predstavljanje diatomskih molekula kao dviju tačaka mase povezanih bezmasenim izvorom. Energije koje su uključene u raznim pokretima molekula onda mogu biti obuhvaćene u tri kategorije: translacijska, rotacijska i vibracijska energija.

Translacijske energije[uredi | uredi izvor]

Translacijska energija molekule je data ispoljavanjem kinetičke energije:

gdje

  • = molekulska masa, a
  • = brzina.

Rotacijske energije[uredi | uredi izvor]

Klasično, kinetička energija rotacije je:

gdje

Za mikroskopske sisteme atomskog nivoa kao što je molekula, ugaoni impuls može imati samo specifične diskretne vrijednosti date kao:

gdje

Također, za diatomsku molekulu, moment inercije je:

gdje
  • = reducirana masa molekule, a
  • = prosječna distanca između centara dva atoma u molekuli.

Tako, supstitucijom uglovnog momenta i momenta inercije u Erot, razina rotacijske energije diatomske molekule je data obrascem:

Vibracijske energije[uredi | uredi izvor]

Drugi tip kretanja je diatomske molekule je za vibriranje svakog atoma — ili vibrirajuće — duž linije povezivanja dva atoma. Vibracijska energija je približna kvantnom harmonijskom oscilatoru:

gdje

Poređenje između razmaka rotacijske i vibracijske energije[uredi | uredi izvor]

Razmak energija tipske spektroskopske tranzicije, između vibracijskog nivoa energije je oko 100 puta veći od tipskee tranzicije između nivoa rotacijske energije.

Hundovi slučajevi[uredi | uredi izvor]

Glavni članak: Hundovi slučajevi

Dobri kvantni brojevi za diatomske molekule, kao i dobre aproksiimacije razine rotacijske energije, mogu se dobiti modeliranjem molekula upotrebom using Hundovih slučajeva.

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Hammond C. R. (2012). "Section 4: Properties of the Elements and Inorganic Compounds". Handbook of Chemistry and Physics.  Tekst "http://www.hbcpnetbase.com//articles/04_01_91.pdf" ignoriran (pomoć)
  2. ^ Emsley, J. (1989). The Elements. Oxford: Clarendon Press. str. 22–23. 
  3. ^ Whitten, Kenneth W.; Davis, Raymond E.; Peck, M. Larry; Stanley, George G. (2010). Chemistry (9th iz.). Brooks/Cole, Cengage Learning. str. 337–338. 
  4. ^ Huber, K. P.; Herzberg, G. (1979). Molecular Spectra and Molecular Structure IV. Constants of Diatomic Molecules. New York: Van Nostrand: Reinhold. 
  5. ^ "VSEPR - A Summary". University of Berkeley College of Chemistry. 20 January 2008. http://mc2.cchem.berkeley.edu/VSEPR/
  6. ^ Greška kod citiranja: Nevaljana oznaka <ref>; nije naveden tekst za reference s imenom levine1975

Dopunska literatura[uredi | uredi izvor]

  • Huber, K. P.; Herzberg, G. (1979). Molecular Spectra and Molecular Structure IV. Constants of Diatomic Molecules. New York: Van Nostrand: Reinhold. 
  • Tipler, Paul (1998). Physics For Scientists and Engineers : Vol. 1 (4th ed.). W. H. Freeman. ISBN 1-57259-491-8. 

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]

  • Hyperphysics – Rotational Spectra of Rigid Rotor Molecules
  • Hyperphysics – Quantum Harmonic Oscillator
  • 3D Chem – Chemistry, Structures, and 3D Molecules
  • IUMSC – Indiana University Molecular Structure Center