Komentáře
- Odpověď není zcela snadná, odpověď na svou otázku najdete zde deepblue.lib.umich.edu/bitstream/handle/2027.42/71115/… , ale myslím, že by to bylo lepší, kdyby to někdo mohl vysvětlit i vám. Právě teď nemám čas, ale je zde rozdíl energie ve srovnání s etenem ohledně rotace na jednoduché vazbě. Jedná se o atropisomer en.wikipedia.org/wiki/Atropisomer
- v konformaci peroxidu vodíku (H2O2) dominují osamělé páry spíše než atomy vodíku. Místo očekávané antikonformace ve volném stavu je úhel vzepětí 94 °. Konformace peroxidu vodíku proto není ani zastíněna, ani rozložena, ale je to střední struktura. V pevném stavu vodíková vazba způsobí změnu tvaru a úhlů.
- Předpokládám, že byste s orbitály / VSEPR mohli usoudit, že pro vodík na jednom kyslíku se vyrovná osamělý pár na druhém kyslíku jako druh vodíkové vazby, planární verze by vyžadovala, aby kyslíky byly hybridizovány sp2 spíše než sp3 hybridizovány, což je nepříznivé kvůli odpuzování elektronových párů ve prospěch sp3.
- Možná užitečné: chemistry.stackexchange.com/a/69587/40029
Odpověď
Jak je uvedeno v odkazu poskytnutém @Shadock, peroxid vodíku, stejně jako mnoho dalších molekul, podléhá bráněné vnitřní rotaci. Když otočíte obě skupiny OH vůči sobě navzájem kolem vazby O-O, vyžaduje to určitou energii v závislosti na relativním úhlu. V zatměné konfiguraci (skupiny OH směřující stejným směrem) je snadné vidět, že v potenciálu musí být maximum kvůli Paulliho odpuzování. V konfiguraci proti zatmění (obě skupiny OH směřující opačným směrem) při vyrovnání dvou dipólů skupin existuje další maximum. Mezi těmito maximy najdete minimum a potenciál lze rozšířit jako Fourierova řada v relativním úhlu vazby.
$$ V (\ gamma) = \ frac {V_2} {2} \ cos (2 \ gamma) + \ frac {V_4} {2} \ cos (4 \ gamma) + \ ldots $$
kde $ V_2 $ a $ V_4 $ souvisí s výškami těchto dvou překážek. Pokud by bariéry byly nekonečně vysoké, OH skupiny by fungovaly jako kvantový harmonický oscilátor v jednom z potenciálních minim. Na druhou stranu, pokud by bariéra byla velmi malá, skupiny OH by se volně otáčely kolem sebe. V případě peroxidu vodíku je zákrytová bariéra tak vysoká, že OH skupiny přes ni mohou jen těžko přejít. Dolní bariéra je jiný příběh. Je dostatečně vysoká, aby podporovala několik vibračních úrovní, ale není dostatečně vysoká, aby zabránila tunelovým skupinám OH v tunelu bariérou, a v důsledku toho jsou tyto energetické úrovně rozděleny na dvě části. (Ve skutečnosti jsou tyto dvě úrovně opět rozděleny tunelováním přes vyšší bariéru, ale protože je to tak vysoké, rozdělení je velmi malé). Matematicky je Schroedingerova rovnice pro tento periodický potenciál ekvivalentní Mathieuově rovnici (nebo obecněji Hillově rovnici).
V případě H $ _2 $ O $ _2 $ je tunelování tak rychlé, že molekula vibruje kolem spodní bariéry s periodou ~ 100 fs. V důsledku toho musíte k určení polarity průměrovat tento pohyb, což má za následek polaritu sítě.
Všimněte si, že pokud bariéra by byla tak vysoká, že tunelování by bylo dostatečně pomalé, H $ _2 $ O $ _2 $ by byla chirální molekula!
Komentáře
- ' omlouvám se, ale ' nezískávám druhé maximum. Proč vyrovnání dvou dipólových skupin zvyšuje potenciál?
- Intuitivním příkladem je vyrovnání dvou tyčových magnetů; pokud zarovnáte póly stejným směrem, máte přitažlivou sílu, zatímco ' zažijete odpornou sílu, když budete proti vyrovnat je, tj. dát dva sever nebo sou ty póly dohromady.