Кіріспе
Диоксиген молекуласының үштік күйі Chembox. Молекулалық орбитальдық теорияға сәйкес, үштік оттегінің электрондық конфигурациясы екі π молекулалық орбитальды (МО) бірдей энергиямен (яғни дегенерациялық МО) екі электронды алып жатыр. Хундтың ережелеріне сәйкес, олар жұпсыз болып қалады және параллель айналады, бұл молекулалық оттегінің парамагнетизмін түсіндіреді. Бұл жартылай толтырылған орбитальдар антибайланысты сипатқа ие, молекуланың жалпы байланыс реті 2-ге дейін төмендейді, бұл антибайланыс орбитальдары толық бос қалғанда, мысалы, динитрогенде болатын ең жоғары 3 мәнінен. Үштік оттегінің молекулалық символ 3Σ. Спин: екі электронның s = спиндері дегенеративті орбитальдарда 2 × 2 = 4 тәуелсіз спиндік күйді құрайды. Бірлескен әсерлесу оларды бірлік күйге (жалпы спин S = 0) және 3 дегенеративті үштік күйдің жиынтығына (S = 1) бөледі. Хундтың ережесіне сәйкес, триплет күйлері энергетикалық жағынан қолайлы, және S = 1 жалпы электрон спині бар молекуланың негізгі күйіне сәйкес келеді. S = 0 күйге қозудың нәтижесінде әлдеқайда реактивті, метастабильді синглеттік оттегі пайда болады. Льюис құрылымы Негізгі күйіндегі молекуланың нөлдік емес спин магниттік моменті болғандықтан, оттегі парамагнитті; яғни, ол магниттің полюстеріне тартылуы мүмкін. Осылайша, барлық электронды жұптардағы Льюис құрылымы O=O молекулалық оттегідегі байланыстың табиғатын дәл білдірмейді. Алайда, альтернативті құрылым •O–O• да жеткіліксіз, өйткені ол бір буынды байланысты білдіреді, ал эксперименттік түрде анықталған 121 пм буын ұзындығы сутек пероксиді (HO–OH) 147,5 пм ұзындығы бар бір буыннан әлдеқайда қысқа. Бұл үштік оттегінің байланысы жоғары екенін көрсетеді. Молекулалық орбиталық теорияны бақылаудағы парамагнетизм мен қысқа байланыстың ұзындығын бір мезгілде дұрыс түсіну үшін пайдалану керек. Молекулалық орбиталық теория аясында, үштік диоксигендегі оттегінің оттегінің байланысы бір толық σ байланысы және екі π жарты байланысы ретінде жақсы сипатталады, әр жарты байланысы екі орталық үш электронды (2c 3e) байланысымен есептеледі, екі (1 + 2×) таза байланыс тәртібін береді, сонымен қатар спин күйін (S = 1) есептейді. Үштік диоксиген жағдайында әр 2c 3e байланысы πu байланысу орбиталында екі электроннан және πg антибайланыс орбиталында бір электроннан тұрады, бұл байланыс тәртібіне таза үлес қосу үшін. Льюис құрылымдарын құрудың әдеттегі ережелері 2c 3e байланыстарын қамтитын үштік диоксиген немесе азот оксиді сияқты молекулаларды қабылдауға бейімделуі керек. Бұл жайында консенсус жоқ; Паулинг үш электронды байланысты бейнелеу үшін үш жақын орналасқан коллинейлік нүктелерді пайдалануды ұсынды (бейнеге қараңыз).
Chembox
| Name =
| ImageFile = Triplet dioxygen. png
| ImageFile3 =
| OtherNames =
| IUPACName = Triplet oxygen
| SystematicName = Dioxidanediyl (substitutive)
dioxygen(2•)(triplet) it is more stable as a triplet than a singlet. According to molecular orbital theory, the electron configuration of triplet oxygen has two electrons occupying two π molecular orbitals (MOs) of equal energy (that is, degenerate MOs). In accordance with Hund's rules, they remain unpaired and spin parallel, which accounts for the paramagnetism of molecular oxygen. These half filled orbitals are antibonding in character, reducing the overall bond order of the molecule to 2 from the maximum value of 3 that would occur when these antibonding orbitals remain fully unoccupied, as in dinitrogen. The molecular term symbol for triplet oxygen is 3Σ. Spin
The s = spins of the two electrons in degenerate orbitals gives rise to 2 × 2 = 4 independent spin states in total. Exchange interaction splits these into a singlet state (total spin S = 0) and a set of 3 degenerate triplet states (S = 1). In agreement with Hund's rules, the triplet states are energetically more favorable, and correspond to the ground state of the molecule with a total electron spin of S = 1. Excitation to the S = 0 state results in much more reactive, metastable singlet oxygen. Lewis structure
Because the molecule in its ground state has a non zero spin magnetic moment, oxygen is paramagnetic; i. e., it can be attracted to the poles of a magnet. Thus, the Lewis structure O=O with all electrons in pairs does not accurately represent the nature of the bonding in molecular oxygen. However, the alternative structure •O–O• is also inadequate, since it implies single bond character, while the experimentally determined bond length of 121 pm is much shorter than the single bond in hydrogen peroxide (HO–OH) which has a length of 147.5 pm. This indicates that triplet oxygen has a higher bond order. Molecular orbital theory must be used to correctly account for the observed paramagnetism and short bond length simultaneously. Under a molecular orbital theory framework, the oxygen oxygen bond in triplet dioxygen is better described as one full σ bond plus two π half bonds, each half bond accounted for by two center three electron (2c 3e) bonding, to give a net bond order of two (1+2×), while also accounting for the spin state (S'' = 1). In the case of triplet dioxygen, each 2c 3e bond consists of two electrons in a πu bonding orbital and one electron in a πg antibonding orbital to give a net bond order contribution of
The usual rules for constructing Lewis structures must be modified to accommodate molecules like triplet dioxygen or nitric oxide that contain 2c 3e bonds. There is no consensus in this regard; Pauling has suggested the use of three closely spaced collinear dots to represent the three electron bond (see illustration).
Сұйық күйдегі бақылау
Диоксигеннің парамагнетизмін байқаудың әдеттегі эксперименталды жолы – оны сұйық фазаға дейін салқындату. Егер күшті магниттердің жақын орналасқан полюстерінің арасына құйылса, сұйық оттегі ілініп тұра алады. Әлде магнит, құйылған сұйық оттегі ағынын өзіне тарта алады. Бұл құбылыстардың түсіндірмесі – барлық электрон спинінің жалпы магниттік моменті.
Реакция
Электрондардың ерекше конфигурациясы молекулалық оттектің көптеген басқа молекулалармен тікелей әрекеттесуіне кедері келтіреді, олар көбінесе синглеттік күйде болады. Дегенмен, үштік оттек екілік күйдегі молекулалармен оңай реакцияласып, жаңа радикал түзеді. Спин кванттық санының сақталуы үштік оттектің жабық қабықшамен (синглеттік күйдегі молекуламен) реакциясында үштік өтпелі күйді талап етеді. Қажетті қосымша энергия, қоршаған орта температурасында ең реактивті субстраттардан басқа барлық заттармен тікелей реакцияға түсуді болдырмауға жеткілікті, мысалы, ақ фосфор. Жоғары температурада немесе тиісті катализаторлардың болуымен реакция оңайрақ жүреді. Мысалы, көптеген жанғыш заттар сыртқы жалын немесе ұшқынсыз ауада өзін-өзі тұтандыру температурасымен сипатталады.
Сыртқы көздер
http://meta-synthesis.com/webbook/16 дирадикалды/дирадикалды.html