Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Metode Variasi – Orbital Molekul – Konfigurasi-H 2 + Metode variasi pada molekul paling sederhana H 2 + menghasilkan ikatan σ dengan orde ikatan (1-0)/2=1/2.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Metode Variasi – Orbital Molekul – Konfigurasi-H 2 + Metode variasi pada molekul paling sederhana H 2 + menghasilkan ikatan σ dengan orde ikatan (1-0)/2=1/2."— Transcript presentasi:

1

2 Metode Variasi – Orbital Molekul – Konfigurasi-H 2 + Metode variasi pada molekul paling sederhana H 2 + menghasilkan ikatan σ dengan orde ikatan (1-0)/2=1/2. keadaan bonding Keadaan antibonding 1 H: 1s 1 energi  :(σ) AA BB  :(σ) *   HH+H+ H2+H2+ 1s 1 -13,6 eV Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 1 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3

3 Metode variasi pada molekul paling sederhana H 2 menghasilkan ikatan σ dengan orde ikatan (2-0)/2=1. keadaan bonding Keadaan antibonding  :(σ) AA BB  :(σ) *   H H H2H2  Metode Variasi – Orbital Molekul - Konfigurasi Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 2 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3 1 H: 1s 1 energi 1s 1

4 Metode variasi pada molekul paling sederhana H 2 - menghasilkan ikatan σ dengan orde ikatan (2-1)/2=1/2. keadaan bonding Keadaan antibonding Kesimpulan: Berdasarkan orde ikatan maka molekul H 2 lebih stabil dibandingkan dengan H 2 + dan H 2 -.  :(σ) AA BB  :(σ) *   H H H2-H2-   Metode Variasi – Orbital Molekul - Konfigurasi Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 3 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3 1 H: 1s 1 energi 1s 1

5 Metode variasi pada molekul paling sederhana O 2 menghasilkan ikatan σ dan π dengan orde ikatan (6-2)/2=2. keadaan bonding Keadaan antibonding 8 O: 1s 2 2s 2 2p 4 Bagaimana dengan molekul O 2 ?  :(σ) AA BB  :(σ) *   O O H2-H2-  2p 4  :(π) *      :(π) Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 4 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3

6 1 H: 1s 1 Bagaimana dengan molekul HCl? HCl keadaan bonding Keadaan antibonding energi  :(σ) AA BB  :(σ) *  Cl H 1s 1 -13,6 eV -437,0 eV   3p 5 17 Cl: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 5 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3

7 Pada metode variasi diperoleh solusi dua fungsi gelombang masing- masing orbital bonding dan antibonding, Orbital Bonding: Atau: Orbital Antibonding: Orbital Molekul: Bonding dan Antibonding C 2 =N: tetapan normalisasi Kerapatan kebolehjadian jika e - terbatas pada orbital atom A. Kerapatan kebolehjadian jika e - terbatas pada orbital atom B. Kontribusi tambahan pada kerapatan. Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 6 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3

8 Orbital Molekul: σ, π, dan simetri inversi (paritas) Orbital σ g : bonding titik simetri inversi ++ simetri terhadap titik inversi (+ →+) disebut paritas gerade (genap), g. Orbital σ * g : antibonding titik simetri inversi +- Tidak simetri terhadap titik inversi (+ →-) disebut paritas ungerade (ganjil), u. Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 7 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3

9 Orbital σ g, orbital p z saling sejajar: Bonding, paritas g. -+ pzpz +- pzpz Sumbu-z titik simetri inversi Orbital π u, orbital p z saling sejajar: bonding, paritas ungerade. titik simetri inversi Orbital Molekul: σ, π, dan simetri inversi (paritas) Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 8 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan Sumbu-z pypy pypy

10 Orbital σ * u, orbital p z saling sejajar: antibonding, paritas u. - + pzpz - + pzpz Sumbu-z titik simetri inversi Orbital π * g, orbital p z saling sejajar: antibonding, paritas g Sumbu-z pypy pypy titik simetri inversi Orbital Molekul: σ, π, dan simetri inversi (paritas) Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 9 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3

11 Orbital Molekul: overlap dan orde ikatan Integral overlap bonding Bagian overlap/tumpang tindih: S ++ Orde ikatan: N dan n* masing-masing jumlah elektron dalam orbital bonding dan antibonding: Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 10 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3

12 Orbital Molekul: ikatan polar dan keelektronegatipan Pada molekul heteronuklir seperti HCl, Distribusi elektron dalam ikatan kovalen antara atom molekul diatom heteronuklir tidak terbagi merata karena secara energetika lebih disukai pasangan elektron lebih dekat ke salah satu atom. Ketidaksetimbangan ini menghasilkan ikatan kovalen polar. Pada molekul HF, elektron lebih dekat ke atom F karena lebih elektronrgatip. Akumulasi elektron dekat atom F menghasilkan muatan negatip dan disebut muatan negatip parsial, δ-. Untuk atom H adalah muatan positip parsial, δ+. Skala keelektronegatipan Mulliken dan Pauling: Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 11 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3

13 Molekul Kompleks Penyelesaian molekul H 2 + adalah menggunakan aproksimasi orbital molekul, dan masih sangat sulit bila dilakukan secara analitik. Penyelesaian analitik persamaan Schrodinger tidak mudah sehingga umumnya dijauhi oleh mahasiswa dan bahkan ahli kimia. Sementara itu, bila ingin mengetahui struktur dan sifat-sifat molekul kompleks tetap harus berlandaskan persamaan tersebut. Perkembangan komputasi telah dapat mengatasi kesukaran meyelesaikan persamaan Schrodinger dan disebut dengan metode komputasi. Energi, geometri molekul, dan sifat-sifat lain telah dapat ditentukan dengan cepat dan hasilnya mendekati hasil eksperimen. Sifat-sifat molekul yang dapat diprediksi tidak terbatas pada molekul kecil tetapi juga ukuran besar seperti segmen polimer selulosa, kitin, kitosan (Siahaan, dkk., 2008) dan asam amino. Seiring dengan perkembangan komputasi, metode penyelesaian persamaan Schrodinger juga berkembang dengan memperhitungkan faktor-foktor yang lebih rinci yang dapat mempengaruhi sifat- sifat molekul, misalnya basis set, metode RHF-SCF (R=Restricted), UHF-SCF (U=Unrestricted), dll Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 12 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3

14 Orbital molekul kompleks dihasilkan dengan cara yang sama seperti pada molekul diatomik: dengan dan Koefisien C i diperoleh dengan membuat persamaan sekular dan determinan sekular seperti pada molekul diatomik, menyelesaikan persamaan energi, dan menggunakan energi pada persamaan sekular untuk memperoleh koefisien orbital atom untuk masing-masing orbital molekul. Perbedaan utama antara molekul diatomik dan poliatomik, bahwa pada poliatomik terdapat sejumlah bentuk molekul yang mungkin, jadi tidak hanya panjang ikatan tetapi ada sudut ikatan. Bentuk molekul poliatomik yang dispesifikasi oleh panjang dan sudut ikatan (ditambah dengan dihedral), dapat diprediksi dengan perhitungan energi total molekul pada berbagai posisi inti, dan kemudian dapat mengetahui konformasi molekul paling stabil. Molekul Kompleks Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 13 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3

15 Metode Huckel Salah satu molekul kompleks adalah molekul terkonjugasi, yaitu molekul yang mempunyai ikatan tunggal dan ganda saling bergantian. Diagram tingkat energi orbital π molekul terkonjugasi dapat dihasilkan dengan aproksimasi Huckel (Erich Huckel, 1931). Aproksimasi Huckel memisahkan orbital π dari orbital σ. Semua atom C diperlakukan sama sehingga semua integral Coulomb, α, untuk orbital atom yang berkontribusi pada orbital π adalah sama. Aproksimasi tambahan untuk Huckel: 1.Semua integral overlap, S, dianggap nol. 2.Semua integral resonansi, β, antara yang tidak-bertangga dainggap nol. 3.Semua integral resonanasi lain adalah β. Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 14 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3

16 Contoh: Tingkat energi orbital π pada molekul etena. LCAO-MO orbital 2p pada atom C menghasilkan orbital π adalah: Dengan prinsip variasi, diperoleh determinan sekular: atau Dengan aproksimasi Huckel diperoleh, dan A=B, : Akar-akar persamaan menghasilkan: Metode Huckel Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 15 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3

17 Energi ikatan elektron-π etena: Orbital π keadaan bonding Orbital π keadaan antibonding 6 C: 2p energi  :(π) AA BB  :(π) *   C2p CH 2 =CH 2  C2p HOMO LUMO Selisih energi HOMO dan LUMO: Energi eksitasi π → π* (=-2β) Metode Huckel Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 16 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3

18 Tingkat energi orbital π pada molekul benzena: LCAO-MO orbital 2p pada atom C (disederhanakan menjadi C 1, C 2, C 3, C 4, C 5, dan C 6 ) menghasilkan orbital π: Dengan prinsip variasi dan aproksimasi Huckel diperoleh determinan sekular: Dengan: Menghasilkan polinomial (dengan Mathcad): Akar-akar:Energi: Metode Huckel Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 17 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3

19 Orbital π keadaan bonding Orbital π keadaan antibonding 6 C: 2p Energi eksitasi π → π* (=-2β) energi 66  C2p HOMO LUMO  Energi ikatan elektron-π benzena: Metode Huckel Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 18 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3

20 Metode HF/SCF dengan Komputasi Studi mekanika kuantum ab initio HF-SCF pada molekul poliatom berlaku Hamiltonian: dengan k dan l menyatakan inti, i dan j menyatakan elektron. Suku pertama adalah operator energi kinetik inti, suku ke-2 operator energi kinetik elektron, suku ke-3 energi potensial tolakan antarinti, suku ke-4 energi potensial tarikan antara elektron dan inti, dan suku ke-5 adalah energi potensial tolakan antar elektron. Dengan uraian yang panjang, Orbital molekul HF memenuhi persamaan: dengan ε i adalah energi orbital, dan operator Fock (Hartree-Fock) F adalah Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 19 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3

21 Pada metode komputasi semua integral resonansi dan integral overlap diikutkan dalam perhitungan Akhirnya, diperoleh penyelesaian non-trivial: memberikan akar-akar energi orbital ε i. Harga ε i digunakan menyelesaikan persamaan Hartree-Fock-Roothaan, untuk memperoleh koefiesien baru fungsi orbital molekul sehingga memperbaiki fungsi orbital Ψ. Demikian seterusnya, persamaan di atas diselesaikan dengan proses iterasi hingga diperoleh harga ε i yang hampir tidak berubah. Metode HF/SCF dengan Komputasi Kimia Fisik III, Struktur Molekul:, Dr. Parsaoran Siahaan November/Desember 2014, 20 Kls A: Senin /A204 Kls B: Jumat/ /B203 Matakuliah dengan kode PAK431 Pokok Bahasan 3


Download ppt "Metode Variasi – Orbital Molekul – Konfigurasi-H 2 + Metode variasi pada molekul paling sederhana H 2 + menghasilkan ikatan σ dengan orde ikatan (1-0)/2=1/2."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google