Generatore di diagrammi degli orbitali molecolari
Scrivi una molecola (O₂, N₂, CO, HF) e ottieni il suo diagramma dei livelli energetici: gli orbitali atomici ai due lati, gli orbitali molecolari σ e π nell'ordine che ha davvero quella molecola, gli elettroni sistemati secondo il principio dell'Aufbau e la regola di Hund, l'ordine di legame indicato. Oppure consulta gratis qui sotto il diagramma di O₂ etichettato e vuoto.
Oppure parti da un esempio
Diagramma degli orbitali molecolari di O₂ etichettato (soluzione)
Gli orbitali 2s e 2p dei due atomi di ossigeno, tutti gli orbitali molecolari σ e π nel loro ordine, i 12 elettroni di valenza al loro posto, ordine di legame 2 e i due elettroni π* spaiati che rendono O₂ paramagnetico. Da stampare come foglio delle soluzioni o da distribuire come scheda di ripasso.
Diagramma degli orbitali molecolari vuoto da completare
Lo stesso disegno di O₂ con gli elettroni al loro posto e una riga di risposta vuota al posto di ogni etichetta: gli studenti danno il nome a ogni orbitale e ricavano ordine di legame e magnetismo.
Che cos'è un diagramma degli orbitali molecolari?
Un diagramma degli orbitali molecolari (MO) è lo schema dei livelli energetici di una molecola: gli orbitali atomici di ciascun atomo stanno nelle colonne esterne, gli orbitali molecolari che formano stanno al centro (i leganti σ e π più in basso, gli antileganti σ* e π* più in alto) e gli elettroni vengono inseriti dal basso verso l'alto. Contandoli si ricava l'ordine di legame, (leganti − antileganti) / 2, e gli elettroni spaiati indicano che la molecola è paramagnetica.
In breve
- L'ordine di σ2p e π2p si inverte tra N₂ e O₂. Da Li₂ a N₂ il mescolamento s-p spinge σ2p sopra i due π2p; in O₂ e F₂ la distanza tra 2s e 2p è troppo grande e σ2p resta sotto i π2p. Un diagramma di O₂ disegnato con l'ordine di N₂ è l'errore più comune.
- Ordine di legame = (elettroni leganti − elettroni antileganti) / 2. N₂ ha 8 elettroni di valenza leganti e 2 antileganti, quindi ordine 3; O₂ ne ha 8 e 4, quindi 2; He₂ ne avrebbe 2 e 2, quindi 0, ed è per questo che non esiste.
- La teoria MO spiega perché O₂ è magnetico. I suoi ultimi due elettroni occupano uno ciascuno i due orbitali π*2p di pari energia (regola di Hund) e restano spaiati: una bilancia magnetica lo misura, una struttura di Lewis non lo mostra.
- Tanti orbitali escono quanti ne entrano. Due orbitali 1s danno σ1s e σ*1s; due terne di orbitali 2p danno σ2p, due π2p, due π*2p e σ*2p: sei in entrata, sei in uscita.
- In una molecola eteronucleare le due colonne sono sfalsate. In CO, NO o HF gli orbitali dell'atomo più elettronegativo stanno più in basso e gli orbitali leganti gli sono più vicini in energia; NO, con 11 elettroni di valenza, ha ordine di legame (8 − 3) / 2 = 2,5.
Come funziona il generatore di diagrammi MO?
Scrivi la molecola
Indica la molecola o lo ione e quanto dettaglio vuoi: il diagramma completo di O₂ con tutti gli elettroni, uno semplice di H₂, N₂ accanto a O₂. Basta una frase.
Scegli uno stile
Il predefinito è una tavola da manuale, piatta e pulita: sfondo bianco, livelli degli orbitali, linee di correlazione tratteggiate ed elettroni come semifrecce. Oppure applica china, 3D e altre finiture.
Rifinisci ed esporta
Il risultato si apre nella tua area di lavoro: ridisegna zone, modifica le etichette direttamente sul canvas, aumenta la risoluzione ed esporta in alta definizione.
Diagrammi MO delle molecole biatomiche del secondo periodo
Elettroni di valenza, ordine degli orbitali, ordine di legame e magnetismo di ogni molecola biatomica omonucleare da Li₂ a Ne₂, secondo OpenStax Chemistry 2e. La colonna sull'ordine degli orbitali è la prima da controllare in qualunque diagramma.
| Molecola | Elettroni di valenza | Ordine degli orbitali 2p | Ordine di legame | Magnetismo |
|---|---|---|---|---|
| Li₂ | 2 | π2p sotto σ2p (mescolamento s-p) | 1 | Diamagnetica |
| Be₂ | 4 | π2p sotto σ2p (mescolamento s-p) | 0: non si forma | — |
| B₂ | 6 | π2p sotto σ2p (mescolamento s-p) | 1 | Paramagnetica, 2 elettroni π spaiati |
| C₂ | 8 | π2p sotto σ2p (mescolamento s-p) | 2 | Diamagnetica |
| N₂ | 10 | π2p sotto σ2p (mescolamento s-p) | 3 | Diamagnetica |
| O₂ | 12 | σ2p sotto π2p | 2 | Paramagnetica, 2 elettroni π* spaiati |
| F₂ | 14 | σ2p sotto π2p | 1 | Diamagnetica |
| Ne₂ | 16 | σ2p sotto π2p | 0: non si forma | — |
Cambia solo l'ordine dei 2p. In tutte, σ2s e σ*2s stanno in fondo e σ*2p in cima; la differenza è se σ2p sta sopra i due π2p (da Li₂ a N₂) o sotto (da O₂ a Ne₂). Scrivi la molecola e il diagramma viene disegnato nel suo ordine.
Orbitali leganti e antileganti: qual è la differenza?
Un orbitale legante (σ, π) concentra densità elettronica tra i due nuclei e ha energia più bassa degli orbitali atomici da cui nasce; un orbitale antilegante (σ*, π*) ha un nodo tra i nuclei e ha energia più alta. Gli elettroni leganti tengono uniti gli atomi, quelli antileganti ne annullano una parte.
| Orbitale legante | Orbitale antilegante | |
|---|---|---|
| Simbolo | σ, π | σ*, π* (l'asterisco indica antilegante) |
| Energia | Più bassa degli orbitali atomici di partenza | Più alta degli orbitali atomici di partenza |
| Densità elettronica tra i nuclei | Aumenta: le onde si sommano | Nulla su un piano nodale: le onde si annullano |
| Effetto sul legame | Ogni elettrone aggiunge ½ all'ordine di legame | Ogni elettrone toglie ½ all'ordine di legame |
| Posizione nel diagramma | Sotto i livelli degli orbitali atomici | Sopra i livelli degli orbitali atomici |
| In O₂ | σ2s, σ2p e i due π2p: 8 elettroni | σ*2s e i due π*2p: 4 elettroni; σ*2p vuoto |
Controlla prima le semifrecce: le coppie puntano in versi opposti, orbitali di pari energia ricevono un elettrone ciascuno prima di qualsiasi appaiamento (regola di Hund) e nessun livello ne porta più di due. I due elettroni π* di O₂ disegnati in coppia sono l'errore da cercare per primo.
Dove si usano i diagrammi degli orbitali molecolari?
I diagrammi degli orbitali molecolari si usano soprattutto nell'insegnamento della chimica generale e inorganica (esercizi, ripasso per gli esami, slide delle lezioni) e nelle presentazioni di ricerca su legame, spettroscopia e materiali. Quel che cambia è la molecola: H₂ e He₂ all'inizio, poi le biatomiche del secondo periodo e CO, infine gli orbitali di frontiera in chimica organica e dei materiali.
Chimica generale
Quinto anno di liceo e primo anno di università: diagrammi MO di H₂, He₂ e delle biatomiche del secondo periodo, con ordine di legame e magnetismo letti direttamente sul diagramma completo.
Chimica inorganica
Molecole eteronucleari come CO, NO e HF, in cui gli orbitali dell'atomo più elettronegativo stanno più in basso: la base dei complessi metallo-carbonile e della teoria del campo dei leganti.
Ripasso per gli esami
Confronti su una pagina, come N₂ accanto a O₂, che mostrano l'inversione dell'ordine degli orbitali (il punto più chiesto dell'argomento) insieme agli ordini di legame e agli elettroni spaiati.
Figure di ricerca e didattica
Schemi energetici HOMO-LUMO per presentazioni e articoli di fotochimica, elettronica organica e catalisi, dove la distanza tra i due stabilisce che cosa assorbe una molecola.
Domande frequenti sui diagrammi degli orbitali molecolari
Che cosa deve contenere un diagramma degli orbitali molecolari etichettato?
Gli orbitali atomici di ciascun atomo nelle colonne esterne, ogni orbitale molecolare al centro con il suo nome (σ2s, σ*2s, σ2p, π2p, π*2p, σ*2p), linee tratteggiate che li collegano, gli elettroni come semifrecce e un asse dell'energia rivolto verso l'alto. Quasi tutti i corsi chiedono anche l'ordine di legame e se la molecola è paramagnetica o diamagnetica.
Posso avere un diagramma MO vuoto da far completare agli studenti?
Sì: consulta gratis la versione vuota di O₂ da questa pagina, oppure chiedi qualsiasi molecola con i livelli vuoti e ogni etichetta sostituita da una riga di risposta. La versione etichettata ne è la soluzione, quindi si stampano in coppia.
Perché O₂ è paramagnetico?
Perché i suoi ultimi due elettroni di valenza occupano, spaiati, uno ciascuno i due orbitali π*2p. I due orbitali hanno la stessa energia, quindi la regola di Hund mette un elettrone in ognuno prima di appaiarli. La struttura di Lewis appaia tutti gli elettroni di O₂ e non spiega perché l'ossigeno liquido resta attaccato a una calamita; il diagramma MO sì.
Perché N₂ e O₂ hanno un ordine degli orbitali diverso?
Per il mescolamento s-p. Da Li₂ a N₂ gli orbitali 2s e 2p hanno energie vicine, le loro combinazioni σ si mescolano e σ2p sale sopra i due π2p. In O₂ e F₂ la distanza tra 2s e 2p è maggiore, il mescolamento non basta a invertire l'ordine e σ2p resta sotto i π2p.
Come si calcola l'ordine di legame dal diagramma MO?
Conta gli elettroni negli orbitali leganti e in quelli antileganti, sottrai e dividi per due. Per O₂: 8 leganti (σ2s, σ2p, i due π2p) meno 4 antileganti (σ*2s, i due π*2p) danno (8 − 4) / 2 = 2, il doppio legame della sua struttura di Lewis. Un ordine di legame 0, come per He₂ o Ne₂, significa che la molecola non si forma.
Come si disegna il diagramma MO di una molecola eteronucleare come CO o HF?
Metti più in basso, nella sua colonna, gli orbitali dell'atomo più elettronegativo. In CO i 2s e 2p dell'ossigeno stanno sotto quelli del carbonio, e i suoi 10 elettroni di valenza (quanti ne ha N₂) danno ordine di legame 3. In HF l'1s dell'idrogeno si combina con un orbitale 2p del fluoro in una coppia σ e σ*, mentre il 2s e gli altri due 2p del fluoro restano non leganti: ordine di legame 1.
Che differenza c'è tra un diagramma MO e una struttura di Lewis?
La struttura di Lewis disegna i legami come coppie di elettroni condivise tra due atomi; il diagramma MO distribuisce gli elettroni su orbitali dell'intera molecola, ordinati per energia. Di solito danno lo stesso ordine di legame, ma solo il diagramma MO mostra elettroni spaiati come quelli di O₂ o ordini frazionari come il 2,5 di NO. Il generatore di strutture di Lewis di questo sito disegna l'altra rappresentazione.
Un diagramma MO è la stessa cosa di un diagramma orbitale?
No: il diagramma orbitale (a caselle) mostra la configurazione elettronica di un solo atomo; il diagramma MO mostra come si combinano gli orbitali di due atomi. Le caselle rappresentano 1s, 2s, 2p ecc. con al massimo due frecce ciascuna; il diagramma MO ne mette due nelle colonne esterne e gli orbitali molecolari in mezzo. Puoi chiedere l'uno o l'altro.
Si possono fare diagrammi MO di molecole con più di due atomi?
Sì, come diagrammi qualitativi: il sistema π del benzene, gli orbitali dell'acqua, un gap HOMO-LUMO. I livelli vengono disegnati nell'ordine dei manuali, non a energie calcolate; se hai valori da un programma di chimica quantistica, indicali nella richiesta e il diagramma segue i tuoi numeri.
Che differenza c'è con un normale generatore di immagini IA?
Le indicazioni di contenuto sono integrate. Ogni immagine deve seguire il disegno dei manuali: energia verso l'alto, σ2p sotto π2p per O₂ e F₂ ma sopra da Li₂ a N₂, orbitali di pari energia riempiti uno per volta prima dell'appaiamento, ogni orbitale chiamato esattamente σ, σ*, π o π*. Controlla il diagramma sul tuo programma prima di stampare: sul canvas puoi correggere ogni etichetta sul posto.
Posso usare i diagrammi a scuola, nella didattica o in una pubblicazione?
Sì: i diagrammi che generi sono tuoi e puoi usarli in schede, presentazioni, dispense, tesi e articoli. Esporta in raster ad alta risoluzione fino a 4K a seconda del modello.
Posso modificare le etichette dopo la generazione?
Sì. Il risultato si apre in uno spazio canvas che riconosce le etichette del diagramma: puoi modificare o tradurre il testo, spostare le linee, ridisegnare una zona o cambiare i colori senza rigenerare l'intera figura.
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