Argomento
Fluoro F₂: diagramma degli orbitali molecolari, ordine di legame e termine ¹Σg⁺
Testo (dati)
Il fluoro (, ) forma la molecola con Å e quanto vibrazionale eV. Con LCAO a base minima (approssimazione di elettroni indipendenti):
- Diagramma degli orbitali molecolari con riempimento elettronico.
- Il legame è covalente o polare?
- Ordine di legame.
- Proiezione e spin totale .
- Termine spettroscopico .
- Primi tre livelli vibrazionali e rotazionali; regole di selezione e spettro di assorbimento IR a 300 K.
1) Diagramma MO e riempimento
F: . : 18 elettroni. Per atomi pesanti della 2ª riga (oltre N₂) il mixing – è debole e l’ordine è (vedi cap. 08):
(18 elettroni: ; il resta vuoto.)
2) Tipo di legame
I due atomi sono identici (): la molecola è centrosimmetrica, gli orbitali molecolari hanno parità definita e non c’è dipolo permanente. Il legame è covalente puro (omopolare).
3) Ordine di legame
Tolto il core (, che si compensano), nei soli orbitali di valenza:
- leganti: elettroni,
- antileganti: elettroni.
ha un legame singolo (coerente con la lunghezza Å, maggiore del doppietto di ).
4) e
Tutte le shell () sono completamente piene o vuote. Per ogni elettrone in un orbitale con c’è il partner (e idem per gli spin): le proiezioni si compensano e .
5) Termine spettroscopico
- : prodotto delle parità degli orbitali occupati. Qui gli orbitali dispari () sono tutti o doppiamente occupati o vuoti: un numero pari di elettroni dà parità globale pari .
- : una riflessione in un piano contenente l’asse scambia gli orbitali ; nello stato fondamentale, per ogni orbitale occupato con c’è il corrispondente , quindi lo stato è invariante .
6) Livelli e spettro IR
eV cm⁻¹. : , , cm⁻¹. a.u., Å a.u.: a.u. cm⁻¹. : , , cm⁻¹.
è omomolecolare: nessun dipolo permanente (), quindi le transizioni rotovibrazionali nello stesso stato elettronico sono proibite nell’IR (, non vengono attivate). Lo spettro di assorbimento IR tra 0 e 3000 cm⁻¹ è vuoto. I livelli esistono (e sono osservabili in Raman, via polarizzabilità): è la regola della mutua esclusione in azione.
Formule chiave
- Config :
- Ordine di legame: (legame singolo)
- Shell chiuse , termine
- Livelli: cm⁻¹, cm⁻¹ — ma IR-inattiva (omomolecolare); attiva solo in Raman
Sintesi
| Grandezza | Espressione / Valore |
|---|---|
| Configurazione MO | |
| Tipo di legame | covalente puro (omomolecolare) |
| Ordine di legame | |
| , | , (shell chiuse) |
| Termine | |
| 919 cm⁻¹ (0,114 eV) | |
| 0,89 cm⁻¹ | |
| IR-attività | inattiva (omomolecolare) |
| Raman-attività | attiva (regola del mutuo escluso) |
- Teoria: orbitali molecolari, LCAO, regola del mutuo escluso (cap. 08), (cap. 07).
- Esercizio gemello 03 (H₂): altra molecola omomolecolare, IR-inattiva, con diagonalizzazione LCAO 2×2 esplicita: esame 03 — H₂ LCAO.
- Esercizio gemello 18 (N₂ UV + Franck-Condon): transizione elettronica in altra molecola omomolecolare (N₂), con vibronico: esame 18 — N₂.