Генератор диаграмм молекулярных орбиталей
Назовите молекулу — O₂, N₂, CO, HF — и получите её энергетическую диаграмму: атомные орбитали по бокам, σ- и π-орбитали молекулы в том порядке, который у неё действительно есть, электроны расставлены по принципу наименьшей энергии и правилу Хунда, порядок связи подписан. Или бесплатно посмотрите ниже подписанную и пустую диаграмму O₂.
Или начните с примера
Подписанная диаграмма МО молекулы O₂ (ответ)
Орбитали 2s и 2p обоих атомов кислорода, все σ- и π-орбитали молекулы по порядку, все 12 валентных электронов на местах, порядок связи 2 и два неспаренных π*-электрона, из-за которых O₂ парамагнитен. Распечатайте как лист ответов или раздайте для повторения.
Пустая диаграмма МО для заполнения
Та же диаграмма O₂: электроны остаются, а вместо каждой подписи — пустая строка для ответа. Ученики сами называют орбитали и определяют порядок связи и магнитные свойства.
Что такое диаграмма молекулярных орбиталей?
Диаграмма молекулярных орбиталей (МО) — это энергетическая схема молекулы: атомные орбитали каждого атома стоят в крайних столбцах, образованные из них молекулярные орбитали — в центре (связывающие σ и π ниже, разрыхляющие σ* и π* выше), а электроны заполняют уровни снизу вверх. Подсчёт электронов даёт порядок связи, (связывающие − разрыхляющие) / 2, а неспаренные электроны показывают, что молекула парамагнитна.
Коротко
- Между N₂ и O₂ порядок σ2p и π2p меняется. От Li₂ до N₂ s-p-смешивание поднимает σ2p выше двух π2p; у O₂ и F₂ разрыв между 2s и 2p слишком велик, и σ2p остаётся ниже π2p. Диаграмма O₂, нарисованная в порядке N₂, — самая частая ошибка.
- Порядок связи = (связывающие электроны − разрыхляющие электроны) / 2. У N₂ 8 связывающих и 2 разрыхляющих валентных электрона — порядок 3; у O₂ 8 и 4 — порядок 2; у He₂ было бы 2 и 2 — порядок 0, поэтому такая молекула не образуется.
- Теория МО объясняет, почему O₂ магнитен. Два последних электрона по правилу Хунда занимают по одной две равные по энергии π*2p-орбитали и остаются неспаренными; это измеряют магнитными весами, а структура Льюиса этого не показывает.
- Сколько орбиталей вошло, столько и вышло. Две 1s-орбитали дают σ1s и σ*1s; два набора из трёх 2p-орбиталей дают σ2p, две π2p, две π*2p и σ*2p — шесть на входе, шесть на выходе.
- У гетероядерной молекулы столбцы смещены. В CO, NO или HF орбитали более электроотрицательного атома лежат ниже, и связывающие орбитали ближе к нему по энергии; у NO с 11 валентными электронами порядок связи (8 − 3) / 2 = 2,5.
Как работает генератор диаграмм МО?
Назовите молекулу
Укажите молекулу или ион и нужную подробность: полная диаграмма O₂ со всеми электронами, простая для H₂, N₂ рядом с O₂. Достаточно одной фразы.
Выберите стиль
По умолчанию — чистая плоская схема в стиле учебника: белый фон, уровни орбиталей, пунктирные корреляционные линии и электроны-полустрелки. Или примените тушь, 3D и другие стили.
Доработайте и экспортируйте
Результат откроется в рабочей области: перерисовывайте фрагменты, редактируйте подписи прямо на холсте, увеличивайте разрешение и экспортируйте в высоком качестве.
Диаграммы МО двухатомных молекул элементов второго периода
Число валентных электронов, порядок орбиталей, порядок связи и магнитные свойства всех гомоядерных двухатомных молекул от Li₂ до Ne₂ по данным OpenStax Chemistry 2e. Столбец с порядком орбиталей проверяют на любой диаграмме в первую очередь.
| Молекула | Валентные электроны | Порядок 2p-орбиталей | Порядок связи | Магнитные свойства |
|---|---|---|---|---|
| Li₂ | 2 | π2p ниже σ2p (s-p-смешивание) | 1 | Диамагнитна |
| Be₂ | 4 | π2p ниже σ2p (s-p-смешивание) | 0 — не образуется | — |
| B₂ | 6 | π2p ниже σ2p (s-p-смешивание) | 1 | Парамагнитна, 2 неспаренных π-электрона |
| C₂ | 8 | π2p ниже σ2p (s-p-смешивание) | 2 | Диамагнитна |
| N₂ | 10 | π2p ниже σ2p (s-p-смешивание) | 3 | Диамагнитна |
| O₂ | 12 | σ2p ниже π2p | 2 | Парамагнитна, 2 неспаренных π*-электрона |
| F₂ | 14 | σ2p ниже π2p | 1 | Диамагнитна |
| Ne₂ | 16 | σ2p ниже π2p | 0 — не образуется | — |
Меняется только порядок 2p. У всех σ2s и σ*2s внизу, а σ*2p на самом верху; разница лишь в том, лежит ли σ2p выше двух π2p (от Li₂ до N₂) или ниже (от O₂ до Ne₂). Назовите молекулу — и диаграмма будет нарисована в её порядке.
Связывающие и разрыхляющие орбитали: в чём разница?
Связывающая орбиталь (σ, π) увеличивает электронную плотность между ядрами и лежит ниже по энергии, чем исходные атомные орбитали; разрыхляющая (σ*, π*) имеет узел между ядрами и лежит выше. Электроны на связывающих орбиталях удерживают атомы вместе, на разрыхляющих — частично это компенсируют.
| Связывающая орбиталь | Разрыхляющая орбиталь | |
|---|---|---|
| Обозначение | σ, π | σ*, π* — звёздочка означает разрыхляющую |
| Энергия | Ниже исходных атомных орбиталей | Выше исходных атомных орбиталей |
| Электронная плотность между ядрами | Повышена — волны складываются | Равна нулю в узловой плоскости — волны гасят друг друга |
| Влияние на связь | Каждый электрон добавляет ½ к порядку связи | Каждый электрон отнимает ½ от порядка связи |
| Место на диаграмме | Ниже уровней атомных орбиталей | Выше уровней атомных орбиталей |
| В O₂ | σ2s, σ2p и две π2p — 8 электронов | σ*2s и две π*2p — 4 электрона; σ*2p пуста |
Сначала проверьте полустрелки: в паре стрелки направлены в разные стороны, равные по энергии орбитали заполняются по одному электрону до спаривания (правило Хунда), и ни на одном уровне нет больше двух. Два π*-электрона O₂, нарисованные парой, — ошибка, которую ищут первой.
Где используют диаграммы молекулярных орбиталей?
Диаграммы МО используют прежде всего в курсах общей и неорганической химии — в домашних заданиях, при подготовке к экзаменам и на слайдах лекций — и в научных докладах о химической связи, спектроскопии и материалах. Меняется молекула: H₂ и He₂ в начале курса, затем двухатомные молекулы второго периода и CO, граничные орбитали в органической химии и материаловедении.
Общая химия
Профильные классы, олимпиадная подготовка и первый курс вуза: диаграммы МО H₂, He₂ и молекул второго периода, порядок связи и магнитные свойства прямо по заполненной диаграмме.
Неорганическая химия
Гетероядерные молекулы CO, NO и HF, где орбитали более электроотрицательного атома лежат ниже, — основа для карбонилов металлов и теории поля лигандов.
Подготовка к экзаменам
Сравнения на одной странице, например N₂ рядом с O₂: смена порядка орбиталей — самый частый вопрос по теме — вместе с порядками связи и неспаренными электронами.
Научные и учебные иллюстрации
Схемы уровней ВЗМО и НСМО для докладов и статей по фотохимии, органической электронике и катализу, где зазор между ними определяет, что молекула поглощает.
Частые вопросы о диаграммах молекулярных орбиталей
Что должно быть на подписанной диаграмме МО?
Атомные орбитали каждого атома в крайних столбцах, каждая молекулярная орбиталь в центре со своим обозначением (σ2s, σ*2s, σ2p, π2p, π*2p, σ*2p), пунктирные линии между ними, электроны-полустрелки и ось энергии, направленная вверх. Обычно также требуют указать порядок связи и то, парамагнитна молекула или диамагнитна.
Можно ли получить пустую диаграмму МО для учеников?
Да: бесплатно посмотрите пустой вариант O₂ на этой странице или попросите любую молекулу с пустыми уровнями и строками для ответов вместо подписей. Подписанный вариант служит к нему ответом, их удобно печатать парой.
Почему O₂ парамагнитен?
Потому что два последних валентных электрона занимают по одному две π*2p-орбитали и остаются неспаренными. Эти орбитали равны по энергии, и правило Хунда размещает электроны поодиночке до спаривания. Структура Льюиса спаривает все электроны O₂ и не объясняет, почему жидкий кислород притягивается к магниту; диаграмма МО объясняет.
Почему у N₂ и O₂ разный порядок орбиталей?
Из-за s-p-смешивания. От Li₂ до N₂ орбитали 2s и 2p близки по энергии, их σ-комбинации смешиваются, и σ2p поднимается выше двух π2p. У O₂ и F₂ разрыв между 2s и 2p больше, смешивания не хватает, чтобы поменять порядок, и σ2p остаётся ниже π2p.
Как найти порядок связи по диаграмме МО?
Посчитайте электроны на связывающих и разрыхляющих орбиталях, вычтите и разделите на два. Для O₂: 8 связывающих (σ2s, σ2p, две π2p) минус 4 разрыхляющих (σ*2s, две π*2p) дают (8 − 4) / 2 = 2 — двойную связь, как в структуре Льюиса. Порядок связи 0, как у He₂ или Ne₂, означает, что молекула не образуется.
Как нарисовать диаграмму МО гетероядерной молекулы, например CO или HF?
Орбитали более электроотрицательного атома ставятся ниже, в его собственном столбце. В CO 2s- и 2p-орбитали кислорода лежат ниже орбиталей углерода, а 10 валентных электронов — столько же, сколько у N₂, — дают порядок связи 3. В HF 1s-орбиталь водорода объединяется с одной 2p-орбиталью фтора в пару σ и σ*, а 2s и две другие 2p-орбитали фтора остаются несвязывающими: порядок связи 1.
Чем диаграмма МО отличается от структуры Льюиса?
Структура Льюиса изображает связи как общие электронные пары двух атомов; диаграмма МО распределяет электроны по орбиталям всей молекулы, упорядоченным по энергии. Обычно порядок связи получается одинаковым, но только диаграмма МО показывает неспаренные электроны, как у O₂, или дробный порядок связи, как 2,5 у NO. Структуру Льюиса рисует генератор структур Льюиса на этом сайте.
Диаграмма МО — это то же самое, что электронно-графическая формула?
Нет: электронно-графическая формула (ячейки) показывает электронную конфигурацию одного атома, а диаграмма МО — как объединяются орбитали двух атомов. В ячейках 1s, 2s, 2p и т. д. изображены квадратами с не более чем двумя стрелками; диаграмма МО ставит две такие схемы по краям, а молекулярные орбитали между ними. Можно заказать и то и другое.
Можно ли построить диаграмму МО для молекулы из трёх и более атомов?
Да, как качественную схему: π-систему бензола, орбитали воды, зазор ВЗМО–НСМО. Уровни рисуются в учебном порядке, а не по рассчитанным энергиям; если у вас есть значения из квантово-химической программы, укажите их в запросе, и диаграмма последует вашим числам.
Чем это отличается от обычного ИИ-генератора изображений?
Предметные требования встроены. Каждое изображение должно следовать учебной схеме — энергия растёт вверх, σ2p ниже π2p у O₂ и F₂, но выше от Li₂ до N₂, равные по энергии орбитали заполняются по одному электрону до спаривания, каждая орбиталь точно обозначена σ, σ*, π или π*. Перед печатью сверьте диаграмму со своей программой: на холсте любую подпись можно исправить на месте.
Можно ли использовать диаграммы в школе, в преподавании или в публикациях?
Да — созданные вами диаграммы принадлежат вам, их можно использовать в рабочих листах, презентациях, раздаточных материалах, дипломах и статьях. Экспорт в растр высокого разрешения, до 4K в зависимости от модели.
Можно ли изменить подписи после генерации?
Да. Результат открывается на холсте, который распознаёт подписи диаграммы: можно править или переводить текст, двигать линии, перерисовать фрагмент или сменить цвета, не создавая всю схему заново.
Продолжить изучение
Другие наши инструменты для схем и руководства к ним.
Нарисуйте диаграмму молекулярных орбиталей
От названия молекулы до подписанной энергетической диаграммы — около минуты.
Начать