Chimie
Précédent
Suivant
Orbitales Atomiques / Orbitales Moléculaires

Enoncé global

Ce TP consiste à construire les diagrammes d'énergie des orbitales atomiques de différents atomes de la fin de la 2ème période du tableau périodique et les diagrammes des orbitales moléculaires des molécules diatomiques correspondantes.

A partir de ces diagrammes, il est possible de déduire des propriétés comme l'énergie d'ionisation d'un atome ou l'ordre de liaison entre deux atomes au sein d'une molécule.

Rappel

Une Orbitale Atomique (OA) est une fonction mathématique, solution de l'équation de Schrödinger, décrivant le comportement ondulatoire d'un électron autour d'un noyau isolé.

Une Orbitale Moléculaire (OM) est une fonction mathématique, solution de l'équation de Schrödinger, décrivant le comportement ondulatoire d'un électron dans une molécule. Elle résulte de la combinaison des OA de chaque atome constituant la molécule.

Question n°1
Diagramme d'énergie associé aux orbitales atomiques

1. Construisez le diagramme d'énergie des orbitales atomiques du carbone. Pour cela, effectuez un calcul d'énergie sur un atome de carbone en utilisant les paramètres suivants :

• UHF

• Multiplicité de spin : 3

• Base STO3G

2. Identifiez les OA de cœur et de valence sur le diagramme et commentez les différences d'énergie observées entre chacune d'entre elles.

Question n°2
Energie de première ionisation

L'énergie d'ionisation est une grandeur positive exprimant l'énergie nécessaire à fournir à un atome pour lui arracher un électron. L'énergie de première ionisation est associée à la réaction suivante :

Atome -> Atome+ + e-

Théorème : Théorème de Koopmans

Avant d'obtenir le prix Nobel d'économie d'économie en 1975, le néerlandais Tjalling Koopmans avait démontré que l'énergie d'ionisation d'un atome est égale à l'inverse de l'énergie de l'orbitale occupée la plus haute (HO). Ce théorème est valide dans l'approximation de Hartree Fock, en considérant que les orbitales atomiques des ions sont identiques à celles de l'atome neutre.

En vous basant sur le théorème de Koopmans, calculez les énergies de première ionisation des atomes de carbone, azote, oxygène et fluor (Pensez à noter les énergies des OA alpha et beta). La base employée donne des OA non occupées supplémentaires, il est important de ne s'intéresser uniquement à l'OA HO.

a. Quelle est la multiplicité de spin des différents atomes étudiés ?

b. Effectuez des calculs d'énergie en utilisant les paramètres suivants :

• Symétrie de type C1

• UHF

• Base 6-31G

Rappel

Pour convertir une énergie obtenue en u.a. en e.v. (électron volt), il faut la multiplier par 27,211.

Question n°3
Diagramme des Orbitales Moléculaires

Pour illustrer la formation des Orbitales Moléculaires (OM) il vous est demandé de construire un diagramme des orbitales moléculaires de molécules simples : C2, O2, N2 et F2 à partir des OA.

Pour construire le diagramme d'orbitales moléculaires, effectuez les calculs d'énergie en utilisant les paramètres suivants :

• Symétrie C1

• rOHF pour O2 et F2 et RHF pour N2 et C2.

• Base STO-3G

a) Quels est la multiplicité de spin de chacune des molécules étudiées ?

b) Déduisez de ces diagrammes les ordres de liaisons de chacune des molécules.

Légende :
Apprendre
S'évaluer
S'exercer
Observer
Simuler
Réalisé avec Scenari (nouvelle fenêtre)