Kommentarer
- Svaret er ikke helt enkelt, du finner svaret på spørsmålet ditt der deepblue.lib.umich.edu/bitstream/handle/2027.42/71115/… men jeg antar at det ville være bedre hvis noen kunne forklare det også deg. Jeg har ikke tid akkurat nå, men det er forskjell på energi i sammenligning med eten om rotasjonen på enkeltbindingen. Det er en atropisomer en.wikipedia.org/wiki/Atropisomer
- Konformasjonen av hydrogenperoksid (H2O2) domineres av de ensomme parene heller enn hydrogenatomene. I stedet for den forventede anti-konformasjonen i fri tilstand er den tovinklede vinkelen 94 °. Konformasjonen av hydrogenperoksid er derfor verken formørket eller forskjøvet, men en mellomliggende struktur. Når det er i fast tilstand, vil hydrogenbinding føre til at form og vinkler endres.
- Jeg antar at du kan resonnere med orbitaler / VSEPR at for at hydrogen på det ene oksygenet skal stille seg opp med et enslig par på det andre oksygenet en slags hydrogenbinding, vil den plane versjonen kreve at oksygene blir sp2-hybridiserte i stedet for sp3-hybridiserte, noe som er ugunstig på grunn av elektronpar-frastøtning som favoriserer sp3. >
chemistry.stackexchange.com/a/69587/40029
Svar
Som nevnt i lenken gitt av @Shadock, er hydrogenperoksid, i likhet med mange andre molekyler, utsatt for hindret intern rotasjon. Når du roterer de to OH-gruppene i forhold til hverandre rundt O-O-bindingen, krever dette en viss energi avhengig av den relative vinkelen. I den formørkede konfigurasjonen (OH-grupper peker i samme retning) er det lett å se at det må være et maksimum i potensialet på grunn av Paulli-frastøting. I den anti-formørkede konfigurasjonen (begge OH-gruppene peker i motsatt retning) det er et annet maksimum når du motvirker de to dipolene i gruppene. Innimellom disse maksimumene vil du finne et minimum, og potensialet kan utvides som en Fourier-serie i den relative bindingsvinkelen
$$ V (\ gamma) = \ frac {V_2} {2} \ cos (2 \ gamma) + \ frac {V_4} {2} \ cos (4 \ gamma) + \ ldots $$
hvor $ V_2 $ og $ V_4 $ er relatert til høyden på de to barrierer. Hvis barrierer var uendelig høye, ville OH-gruppene fungere som en kvanteharmonisk oscillator i et av de potensielle minimaene. På den annen side, hvis barrieren var veldig liten, ville OH-gruppene rotere fritt rundt hverandre. Når det gjelder hydrogenperoksid, er den formørkede barrieren så høy at OH-gruppene knapt kan gå over / gjennom den. Den nedre barrieren er en annen historie. Det er høyt nok til å støtte noen få vibrasjonsnivåer, men ikke høyt nok til å forhindre at OH-gruppene tunneler gjennom barrieren, og som en konsekvens er disse energinivåene delt i to. (Faktisk er disse to nivåene igjen delt av tunnelen gjennom den høyere barrieren, men siden dette er så høyt er splittelsen veldig liten). Matematisk tilsvarer Schroedinger-ligningen for dette periodiske potensialet Mathieu-ligningen (eller mer generell Hills ligning).
I tilfelle av H $ _2 $ O $ _2 $ er tunnelen så rask, at molekylet vibrerer rundt den nedre barrieren med en periode på ~ 100 fs. Som en konsekvens, for å bestemme polariteten, må du gjennomsnittet over denne bevegelsen, noe som resulterer i en nettopolaritet.
Merk at hvis barrieren ville være så høy at tunneling ville være tilstrekkelig treg, H $ _2 $ O $ _2 $ ville være et kiralt molekyl!
Kommentarer
- Jeg ' beklager, men jeg får ikke ' det andre maksimumet. Hvorfor antijustering av de to dipolgruppene øker potensialet?
- Et intuitivt eksempel er innretting av to stolpemagneter. Hvis du justerer polene i samme retning, har du en tiltrekkende kraft mens du ' vil oppleve en frastøtende kraft når du motvirker juster dem, dvs. sett de to nord eller så polene sammen.