Kommentarer
- Svaret är inte riktigt enkelt, du hittar svaret på din fråga där deepblue.lib.umich.edu/bitstream/handle/2027.42/71115/… men jag antar att det skulle vara bättre om någon kunde förklara det för dig. Jag har inte tid just nu, men det finns skillnad i energi i jämförelse med eten om rotationen på enkelbindningen. Det är en atropisomer sv.wikipedia.org/wiki/Atropisomer
- Konformationen av väteperoxid (H2O2) domineras av de ensamma paren snarare än väteatomerna. I stället för den förväntade antikonformationen i fritt tillstånd är den tvåvägsiga vinkeln 94 °. Konformationen av väteperoxid är därför varken förmörkad eller förskjuten utan en mellanstruktur. När det är i fast tillstånd kommer vätebindning att få formen och vinklarna att förändras.
- Jag antar att du skulle kunna resonera med orbitaler / VSEPR att väte på ett syre stämmer med ett ensam par på det andra en slags vätebindning, den plana versionen skulle kräva att oxygener sp2 hybridiserades snarare än sp3 hybridiserades, vilket är ogynnsamt på grund av elektronparavstötning som gynnar sp3.
- Kanske användbart: chemistry.stackexchange.com/a/69587/40029
Svar
Som anges i länken från @Shadock är väteperoxid, precis som många andra molekyler, föremål för hindrad intern rotation. När du roterar de två OH-grupperna i förhållande till varandra runt O-O-bindningen, kräver detta en viss energi beroende på den relativa vinkeln. I den förmörkade konfigurationen (OH-grupper pekar i samma riktning) är det lätt att se att det måste finnas ett maximum i potentialen på grund av Paulli-avstötningen. I den antiförmörkade konfigurationen (båda OH-grupperna pekar i motsatta riktningar) det finns ytterligare ett maximum när du motverkar de två dipolerna i grupperna. Mellan dessa maxima hittar du ett minimum och potentialen kan utvidgas som en Fourier-serie i den relativa bindningsvinkeln
$$ V (\ gamma) = \ frac {V_2} {2} \ cos (2 \ gamma) + \ frac {V_4} {2} \ cos (4 \ gamma) + \ ldots $$
där $ V_2 $ och $ V_4 $ är relaterade till höjden på de två barriärerna. Om barriärerna var oändligt höga skulle OH-grupperna fungera som en kvantharmonisk oscillator i ett av de potentiella minima. Å andra sidan, om barriären var väldigt liten, skulle OH-grupperna rotera fritt runt varandra. När det gäller väteperoxid är den förmörkade barriären så hög att OH-grupperna knappt kan gå över / genom den. Den nedre barriären är en annan historia. Det är tillräckligt högt för att stödja några vibrationsnivåer, men inte tillräckligt högt för att förhindra att OH-grupperna tunnlar genom barriären och som en följd delas dessa energinivåer i två. (I själva verket delas dessa två nivåer igen av tunnelen genom den högre barriären, men eftersom den är så hög är splittringen väldigt liten). Matematiskt är Schroedinger-ekvationen för denna periodiska potential ekvivalent med Mathieu-ekvationen (eller mer allmän Hills ekvation).
I fallet med H $ _2 $ O $ _2 $ är tunnlingen så snabb, att molekylen vibrerar runt den nedre barriären med en period av ~ 100 fs. Som en konsekvens, för att bestämma polariteten, måste du ta ett genomsnitt över denna rörelse, vilket resulterar i en nettopolaritet.
Observera att om barriären skulle vara så hög att tunnling skulle vara tillräckligt långsam, H $ _2 $ O $ _2 $ skulle vara en kiral molekyl!
Kommentarer
- Jag ' jag är ledsen men jag får inte ' det andra maximala. Varför antijustera de två dipolgrupperna ökar potentialen?
- Ett intuitivt exempel är inriktningen av två stapelmagneter. Om du riktar in polerna i samma riktning har du en attraktiv kraft medan du ' kommer att uppleva en avstötande kraft när du motverkar rikta in dem, dvs sätt de två norr eller sou polerna tillsammans.