Kommentarer
- Svaret er ikke helt let, du kan finde svaret på dit spørgsmål der deepblue.lib.umich.edu/bitstream/handle/2027.42/71115/… men jeg tror det ville være bedre hvis nogen også kunne forklare det. Jeg har ikke tid lige nu, men der er forskel på energi i sammenligning med ethene om rotationen på enkeltbindingen. Det er en atropisomer da.wikipedia.org/wiki/Atropisomer
- Konformationen af hydrogenperoxid (H2O2) er domineret af de ensomme par snarere end hydrogenatomer. I stedet for den forventede antikonformation i fri tilstand er den tovinklede vinkel 94 °. Konformationen af hydrogenperoxid er derfor hverken formørket eller forskudt, men en mellemstruktur. Når det er i fast tilstand, vil hydrogenbinding medføre, at formen og vinklerne ændres.
- Jeg formoder, at du kunne tænke med orbitaler / VSEPR, at for at brint på det ene ilt skal stille sig med et ensomt par på det andet ilt som en slags hydrogenbinding, den plane version ville kræve, at oxygener sp2 hybridiseres snarere end sp3 hybridiseres, hvilket er ugunstigt på grund af elektronpar frastødning, der favoriserer sp3.
- Måske nyttigt: chemistry.stackexchange.com/a/69587/40029
Svar
Som anført i linket fra @Shadock er hydrogenperoxid, ligesom mange flere andre molekyler, udsat for hindret intern rotation. Når du roterer de to OH-grupper i forhold til hinanden omkring O-O-båndet, kræver dette en vis energi afhængigt af den relative vinkel. I den formørkede konfiguration (OH-grupper, der peger i samme retning), er det let at se, at der skal være et maksimum i potentialet på grund af Paulli-frastødning. I den anti-formørkede konfiguration (begge OH-grupper peger i modsatte retninger) der er et andet maksimum, når du antijusterer de to dipoler i grupperne. Mellem disse maksima finder du et minimum, og potentialet kan udvides som en Fourier-serie i den relative bindingsvinkel
$$ V (\ gamma) = \ frac {V_2} {2} \ cos (2 \ gamma) + \ frac {V_4} {2} \ cos (4 \ gamma) + \ ldots $$
hvor $ V_2 $ og $ V_4 $ er relateret til højderne af de to barrierer. Hvis barrierer var uendeligt høje, ville OH-grupperne fungere som en kvanteharmonisk oscillator i et af de potentielle minima. På den anden side, hvis barrieren var meget lille, ville OH-grupperne rotere frit omkring hinanden. I tilfælde af hydrogenperoxid er den formørkede barriere så høj, at OH-grupperne næppe kan gå over / gennem den. Den nedre barriere er en anden historie. Det er højt nok til at understøtte et par vibrationsniveauer, men ikke højt nok til at forhindre OH-grupperne i at tunnelere gennem barrieren, og som en konsekvens er disse energiniveauer opdelt i to. (Faktisk deles disse to niveauer igen af tunnellen gennem den højere barriere, men da dette er så højt er splittelsen meget lille). Matematisk svarer Schroedinger-ligningen for dette periodiske potentiale til Mathieu-ligningen (eller mere generel Hills ligning).
I tilfælde af H $ _2 $ O $ _2 $ er tunnellen så hurtig, at molekylet vibrerer omkring den nedre barriere med en periode på ~ 100 fs. Som en konsekvens, for at bestemme polariteten, skal du gennemsnitlig over denne bevægelse, hvilket resulterer i en nettopolaritet.
Bemærk, at hvis barrieren ville være så høj, at tunneling ville være tilstrækkelig langsom, H $ _2 $ O $ _2 $ ville være et chiralt molekyle!
Kommentarer
- Jeg ' undskyld, men jeg får ikke ' det andet maksimum. Hvorfor anti-justering af de to dipolgrupper øger potentialet?
- Et intuitivt eksempel er justeringen af to stangmagneter. Hvis du justerer polerne i samme retning, har du en tiltrækkende kraft, mens du ' vil opleve en frastødende kraft, når du anti juster dem, dvs. sæt de to mod nord eller sou polerne sammen.