structure moléculaire
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Structure moléculaire. Nouveaux concepts. Approximation de Born-Oppenheimer : séparation entre mouvements des noyaux et ceux des électrons Orbitales moléculaires (OM) exprimées en termes d’orbitales atomiques (OA) par Le développement LCAO. Approximation de Born-Oppenheimer :. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Structure moléculaire
Nouveaux concepts
• Approximation de Born-Oppenheimer: séparation entre mouvements des noyaux et ceux des électrons
• Orbitales moléculaires (OM) exprimées en termes d’orbitales atomiques (OA) par
Le développement LCAO
Approximation de Born-Oppenheimer:
),...,(ˆˆˆ
nucléaire géométrie
21
....2
21
1
2
RRHTH el
M
Nmol
e-N non séparables
Approximation de Born-Oppenheimer:
),...,(ˆˆˆ
nucléaire géométrie
21
....2
21
1
2
RRHTH el
M
Nmol
e-N non séparables
),...,,...;,(,...),(,...),,...,,(pramètres
2121212121 RRrrRRRRrr elmol
Approximation de Born-Oppenheimer:
),...,(ˆˆˆ
nucléaire géométrie
21
....2
21
1
2
RRHTH el
M
Nmol
e-N non séparables
),...,,...;,(,...),(,...),,...,,(pramètres
2121212121 RRrrRRRRrr elmol
}){,...;,(})({}){,...;,(})({ˆ2121 RrrRERrrRH elelel
Approximation de Born-Oppenheimer:
),...,(ˆˆˆ
nucléaire géométrie
21
....2
21
1
2
RRHTH el
M
Nmol
e-N non séparables
),...,,...;,(,...),(,...),,...,,(pramètres
2121212121 RRrrRRRRrr elmol
}){,...;,(})({}){,...;,(})({ˆ2121 RrrRERrrRH elelel
})({})({})({ˆ RERRET totN
énergie électronique
énergie potentielle (pour noyaux)
Approximation de Born-Oppenheimer:
),...,(ˆˆˆ
nucléaire géométrie
21
....2
21
1
2
RRHTH el
M
Nmol
e-N non séparables
),...,,...;,(,...),(,...),,...,,(pramètres
2121,212121,, RRrrRRRRrr IelImol vv
}){,...;,(})({}){,...;,(})({ˆ21,21, RrrRERrrRH IelIIelel
})({})({})({ˆ, RERRET IIN vvv
énergie électronique
énergie potentielle (pour noyaux)
(Atkins, Ch. 17)
actE
HH
O
y
y
x
x
État électronique moléculaire
),...,,...;,(nucléaire géométrie
2121 RRrrelel .....)3()2((1) 321
État électronique moléculaire
),...,,...;,(nucléaire géométrie
2121 RRrrelel
produit (antisymétrisé) d’orbitales moléculaires (OM)
(de spin-OM)
.....)3()2((1) 321
État électronique moléculaire
),...,,...;,(nucléaire géométrie
2121 RRrrelel
produit (antisymétrisé) d’orbitales moléculaires (OM)
(de spin-OM)
.....)3()2((1) 321
État électronique moléculaire
),...,,...;,(nucléaire géométrie
2121 RRrrelel
produit (antisymétrisé) d’orbitales moléculaires (OM)
(de spin-OM)
.....)3()2((1) 321
Relation entre OM et OA (orbitales atomiques) ?
État électronique moléculaire
),...,,...;,(nucléaire géométrie
2121 RRrrelel
produit (antisymétrisé) d’orbitales moléculaires (OM)
(de spin-OM)
.....)3()2((1) 321
Relation entre OM et OA (orbitales atomiques) ?
Principe LCAO= Linear Combinations of Atomic Orbitals
CLOA= Combinaisons Linéaires d’Orbitales Atomiques
Principe LCAO
• Limite dissociative: pour A-B
• Au voisinage de A:
BAA-B ABR
BAA-B ou ABR
Orbitales moléculaires (OM) converties en Orbitales atomiques (OA)
AA-B
Principe LCAO
On peut développer une OM sur des OA:
Principe LCAO
On peut développer une OM sur des OA:
.... BBAAA-B cc
Principe LCAO
On peut développer une OM sur des OA:
.... BBAAA-B cc
Orbitale moléculaire (OM)orbitales atomiques (OA)
Principe LCAO
On peut développer une OM sur des OA:
.... BBAAA-B cc
Orbitale moléculaire (OM)orbitales atomiques (OA)
Développement LCAO
Principe LCAO
On peut développer une OM sur des OA:
.... BBAAA-B cc
Orbitale moléculaire (OM)orbitales atomiques (OA)
Développement LCAO
•cA, cB inconnus= coefficients LCAO
Principe LCAO
On peut développer une OM sur des OA:
.... BBAAA-B cc
Orbitale moléculaire (OM)orbitales atomiques (OA)
Développement LCAO
•cA, cB inconnus= coefficients LCAO
•Obtenus en solutionnant équation de Schroedinger
Principe LCAO
On peut développer une OM sur des OA:
.... BBAAA-B cc
Orbitale moléculaire (OM)orbitales atomiques (OA)
Développement LCAO
•cA, cB inconnus= coefficients LCAO
•Obtenus en solutionnant équation de Schroedinger
•expériences numériques -->règles LCAO empiriques
Règles LCAO
• 2 règles fondamentales: 2 OA ne se combinent (n’interagissent) fortement que si
Règles LCAO
• 2 règles fondamentales: 2 OA ne se combinent (n’interagissent) fortement que si
• elles sont proches en énergie (règle 2)
)()( BA
Règles LCAO
• 2 règles fondamentales: 2 OA ne se combinent (n’interagissent) fortement que si
• elles sont proches en énergie (règle 2)
• elles se recouvrent effectivement (règle 1)
)()( BA
0S dVBAAB
Règles LCAO
• Interprétation des règles 1 et 2:• Règle 2: Plus deux OA sont proches en énergie,
plus leur mélange est fort
Règles LCAO
• Interprétation des règles 1 et 2:• Règle 2: Plus deux OA sont proches en énergie,
plus leur mélange est fort• Règle 1: Plus l’intégrale de recouvrement est
grand (en valeur absolue), plus les 2 OA se mélangent bien
Règles LCAO
• Interprétation des règles 1 et 2:• Règle 2: Plus deux OA sont proches en énergie,
plus leur mélange est fort• Règle 1: Plus l’intégrale de recouvrement est
grand (en valeur absolue), plus les 2 OA se mélangent bien
|)()(|
|S|
c
c
B
A
BA
AB
On aura, par exemple:
Intégrales de recouvrement
ns
np
+ +
+ +
+ +
-
- -
-
--
-
-+
+
++
+ +
+ +
+ +
-
- -
-
--
-
-+
+
++
Intégrales de recouvrement
sans interaction
ns
np
Intégrales de recouvrement
sans interaction
ns
np
R grand
+ +
+ +
+ +
-
- -
-
--
-
-+
+
++
Intégrales de recouvrement
sans interaction
ns
np Symétrie!!!
+ +
+ +
+ +
-
- -
-
--
-
-+
+
++
Règles LCAO
• Règle 3: dans le mélange de 2 OA d’énergies différentes, chacune des 2 OM est dominée par (ressemble le plus à) l’OA qui lui est le plus proche en énergie.
Règles LCAO
• Règle 3: dans le mélange de 2 OA d’énergies différentes, chacune des 2 OM est dominée par (ressemble le plus à) l’OA qui lui est le plus proche en énergie.
0 0.2 0.4 0.6 0.8
-0.1
0
0.1
0.2
A )1( x
A Bx
Règles LCAO
• Règle 3: dans le mélange de 2 OA d’énergies différentes, chacune des 2 OM est dominée par (ressemble le plus à) l’OA qui lui est le plus proche en énergie.
0 0.2 0.4 0.6 0.8
-0.1
0
0.1
0.2 B )1( xB Ax
Règles LCAO
• Règle 4: conservation du nombre d’orbitales
À partir de N OA, on peut (et doit) obtenir N OM
Règles LCAO
• Règle 4: conservation du nombre d’orbitales
• Règle 5: transitivité des interactions d’OA
À partir de N OA, on peut (et doit) obtenir N OM
si l’OA ainteragit fortement avec b et b avec c
, alors a interagit aussi avec c
CACBBA ,
Règles LCAO
• Règle 6: propriétés nodales
Le nombre de surfaces nodales dans une OM augmente avec l’énergie (le niveau) de l’OM
Règles LCAO
• Règle 6: propriétés nodales
Le nombre de surfaces nodales dans une OM augmente avec l’énergie (le niveau) de l’OM
Donc: 1ère OM sera sans nœud, la 2e OM aura 1 nœud, la 3e OM, 2 nœuds
Règles LCAO
• Règle 6: propriétés nodales
• Règle 7: respect de la symétrie
Le nombre de surfaces nodales dans une OM augmente avec l’énergie (le niveau) de l’OM
Donc: 1ère OM sera sans nœud, la 2e OM aura 1 nœud, la 3e OM, 2 nœuds
Les OM doivent avoir un caractère de symétrie bien déterminée par rapport à toute symétrie moléculaire
Exemple 1
0 0.2 0.4 0.6 0.8
-0.1
0
0.1
0.2
A A Bx
B B Ax
2 OA 2 OM
Exemple 1
0 0.2 0.4 0.6 0.8
-0.1
0
0.1
0.2
A A Bx
B B Ax
2 OA 2 OM
0 noeud
Exemple 1
0 0.2 0.4 0.6 0.8
-0.1
0
0.1
0.2
A A Bx
B B Ax
2 OA 2 OM
0 noeud
1 noeud
Exemple 2
Butadiène Benzène
+ + + +
+-
++ -
++ - -