SlideShare a Scribd company logo
1 of 35
Hybrid  AOs and polyatomic MOs

                    CH101 Fall 2010
                   Boston University



                    Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                              1
                     Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
Figures on slides 4‐9 are used with permission from 
               Clayden et al., Organic Chemistry (Oxford University 
               Press, 2000), © 2007 Oxford University Press.




                              Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                        2
                               Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
Hybridized AO’s account for 
           central atom shape




                   Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                             3
                    Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
Central atom AO mixing: Hybrid AO’s
Unmixed AO’s have the wrong central atom 
 geometry




                   Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                             4
                    Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
An s and a p AO make
                    two sp hybrid AO’s
                     180o angle, for SN = 2
             Two p’s are unchanged on each atom




                       Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                 5
                        Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
sp hybrids account for 
                      linear geometry
                     180o angle, for SN = 2
             Two p’s are unchanged on each atom




                       Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                 6
                        Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
An s and two p AO’s make 
                     three sp2 hybrid AO’s
                        120o angle, for SN = 3
                   One p is unchanged on each atom




                           Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                     7
                            Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
sp2 hybrids account for 
                   trigonal planar geometry

                        120o angle, for SN = 3
                   One p is unchanged on each atom




                           Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                     8
                            Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
An s and three p AO’s make 
                      four sp3 hybrid AO’s
               109o angle, for SN = 4
   sp3 hybrids account for tetrahedral geometry




                          Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                    9
                           Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
Examples


                   CO2, carbon dioxide
                   H2CO, formaldehyde
                     HCO2‐, formate
                    SO2, sulfur dioxide



                    Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                              10
                     Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
Polyatomic MO recipe
    Overview
    • σ framework of single bonds and lone pairs
    • π framework of additional bond pairs
    • π framework can be delocalized (spread) over 
       more than two atoms.




                       Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                 11
                        Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
Polyatomic MO recipe
    1. Use the Lewis structure to get
       – the number of electron pairs
       – make hybrid AO’s on each atom (except H)
    2. Sketch the σ framework and place pairs
       – in each bonding σ MO
       – in each nonbonding hybrid AO
    3. Sketch the π framework MO’s, 
       – mark as bonding, nonbonding, antibonding
       – place remaining pairs (Auf Bau)
       – get the π bond order
                       Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                 12
                        Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
σ framework
                   • Hybridization of terminal atoms 
                     the same as their central atom
                   • Terminal H never hybridized
                   • One pair in each hybrid AO σ
                     bonding MO
                   • One pair in each non‐bonded 
                     hybrid AO


                           Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                     13
                            Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
CO2 sp σ framework




                      sp hybrids overlap to make 
                        two sp σ bonding MO’s, 
                   leaving two sp nonbonding AO’s. 
                           These can hold …

                          Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                    14
                           Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
CO2 sp σ framework




                      sp hybrids overlap to make 
                        two sp σ bonding MO’s, 
                   leaving two sp nonbonding AO’s. 
                           These can hold …

                          Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                    15
                           Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
CO2 sp σ framework




                       sp hybrids overlap to make
                         two sp σ bonding MO’s, 
                    leaving two sp nonbonding AO’s. 
                   These can hold 4 pairs of electrons.

                            Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                      16
                             Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
CO2 sp σ framework




                       sp hybrids overlap to make 
                         two sp σ bonding MO’s, 
                    leaving two sp nonbonding AO’s. 
                   These can hold 4 pairs of electrons.
                    The remaining 4 pairs are in the …
                            Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                      17
                             Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
CO2 π framework




                     Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                               18
                      Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
π framework
            • Unused p AO’s form same number 
              of π MO’s
            • Number of loops and AO overlap 
              determine whether π MO is …
                   – bonding (π)
                   – nonbonding (πn)
                   – antibonding (π*)


                           Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                     19
                            Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
CO2 π framework

              4 pairs are in the (delocalized) π framework




   2 pairs in π (bonding) and 2 pairs in πn (nonbonding); 
                       bond order 2
                         Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                   20
                          Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
H2CO sp2 σ framework

  6 pairs in Lewis structure, 5 pairs in σ framework, and 
            so 1 pair in (localized) π framework.




                       Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                 21
                        Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
H2CO π framework
                     1 pair in (localized) π framework




                   1 pair in π (bonding); bond order 1 
                            Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                      22
                             Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
HCOO‐ sp2 σ framework



  9 pairs in Lewis structure, 7 pairs in σ framework, and so 2 
               pairs in (delocalized) π framework.




                        Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                  23
                         Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
HCOO‐ π framework


                   2 pairs in (delocalized) π framework




    1 pair in π (bonding) and 1 pair in πn (nonbonding); bond 
                                     order 1
                       Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                   24
                           Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
SO2 sp2 σ framework
 9 pairs in Lewis structure, 7 pairs in σ framework, and 
         so 2 pairs in (delocalized) π framework.




                       Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                 25
                        Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
SO2 π framework
                   2 pairs in (delocalized) π framework




     1 pair in π (bonding) and 1 pair in πn (nonbonding); 
                        bond order 1
                            Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                      26
                             Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
SO2 correlation diagram




                         Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                   27
                          Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
Do these on your own
                          HCOOH, formic acid
          allyl: [H2C=CH−CH2]−, anion; [H2C=CH−CH2]+, cation
                            H2C=C=CH2, allene
                     H2C=CH−CH=CH2, 1,3‐butadiene
                                O3, ozone
      For each one,
          – Write the Lewis structure
          – Sketch the σ framework and assign its pairs
          – Sketch the π framework MO’s, identify localization 
             or delocalization, bonding, nonbonding, 
             antibonding, and assign its pairs, and get the π
             bond order
                        Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                  28
                         Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
HCOOH, formic acid
Formate, HCOO− π , is planar and has
   – 9 pairs
   – 7 pairs in σ framework
   – 1 pair in a delocalized bonding π1 orbital
   – 1 pair in a delocalized nonbonding π2n orbital
What about formic acid?
   – 9 pairs
   – 8 pairs in σ framework
   – 1 pair in localized bonding π1 orbital

                       Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
 8/8/2011 9:08 AM                                                29
                        Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
H2C=CH−CH2, allyl (radical)
What about allyl? Use −CH2 sp2, to have increased 
delocalization:
   – 8 ½ pairs
   – 7 pairs in σ framework
   – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital
   – ½ pair (1 electron) in delocalized nonbonding π2n
     orbital




                     Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                               30
                      Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
[H2C=CH−CH2]+, allyl cation
What about allyl cation?
  – 8 pairs
  – 7 pairs in σ framework
  – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital




                    Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                              31
                     Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
[H2C=CH−CH2]−, allyl anion
What about allyl anion? If −CH2 is sp3, then
    – 9 pairs
    – 8 pairs in σ framework
    – 1 pair in localized bonding π1 orbital
If −CH2 is sp2, then
    – 7 pairs in σ framework
    – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital
    – 1 pair in delocalized nonbonding π2n orbital
 Increased delocalization makes −CH2 is sp2 more stable 
 (extension to recipe)
                     Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                               32
                      Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
H2C=C=CH2, allene
What about allene?
 – 8 pairs
 – 6 pairs in σ framework
 – 2 pair in two localized bonding π1 orbitals




                      Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                                33
                       Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
H2C=CH−CH=CH2, 1,3‐butadiene
What about 1,3‐butadiene?
 – 11 pairs
 – 9 pairs in σ framework
 – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital
 – 1 pair in delocalized bonding π2 orbital




                   Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                             34
                    Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
O3, ozone
What about ozone?
 – 9 pairs
 – 7 pairs in σ framework
 – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital
 – 1 pair in delocalized nonbonding π2n orbital
Ozone is polar. Why?
The two electrons in the nonbonding MO are 
each only on the terminal O’s!
                   Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101 
8/8/2011 9:08 AM                                             35
                    Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu

More Related Content

Viewers also liked

chemical bonding and molecular orbitals
chemical bonding and molecular orbitalschemical bonding and molecular orbitals
chemical bonding and molecular orbitalsRaghav Vasudeva
 
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization TheoryIB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization TheoryLawrence kok
 
Molecular structure and bonding
Molecular structure and bondingMolecular structure and bonding
Molecular structure and bondingChris Sonntag
 
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization TheoryIB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization TheoryLawrence kok
 
Chemical Bonding
Chemical BondingChemical Bonding
Chemical Bondingitutor
 

Viewers also liked (7)

Bonding questions
Bonding questionsBonding questions
Bonding questions
 
chemical bonding and molecular orbitals
chemical bonding and molecular orbitalschemical bonding and molecular orbitals
chemical bonding and molecular orbitals
 
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization TheoryIB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
 
Molecular structure and bonding
Molecular structure and bondingMolecular structure and bonding
Molecular structure and bonding
 
P block group 14
P block group 14P block group 14
P block group 14
 
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization TheoryIB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
IB Chemistry on Valence Bond and Hybridization Theory
 
Chemical Bonding
Chemical BondingChemical Bonding
Chemical Bonding
 

Recently uploaded

Q4 English4 Week3 PPT Melcnmg-based.pptx
Q4 English4 Week3 PPT Melcnmg-based.pptxQ4 English4 Week3 PPT Melcnmg-based.pptx
Q4 English4 Week3 PPT Melcnmg-based.pptxnelietumpap1
 
Procuring digital preservation CAN be quick and painless with our new dynamic...
Procuring digital preservation CAN be quick and painless with our new dynamic...Procuring digital preservation CAN be quick and painless with our new dynamic...
Procuring digital preservation CAN be quick and painless with our new dynamic...Jisc
 
ECONOMIC CONTEXT - PAPER 1 Q3: NEWSPAPERS.pptx
ECONOMIC CONTEXT - PAPER 1 Q3: NEWSPAPERS.pptxECONOMIC CONTEXT - PAPER 1 Q3: NEWSPAPERS.pptx
ECONOMIC CONTEXT - PAPER 1 Q3: NEWSPAPERS.pptxiammrhaywood
 
Grade 9 Q4-MELC1-Active and Passive Voice.pptx
Grade 9 Q4-MELC1-Active and Passive Voice.pptxGrade 9 Q4-MELC1-Active and Passive Voice.pptx
Grade 9 Q4-MELC1-Active and Passive Voice.pptxChelloAnnAsuncion2
 
Keynote by Prof. Wurzer at Nordex about IP-design
Keynote by Prof. Wurzer at Nordex about IP-designKeynote by Prof. Wurzer at Nordex about IP-design
Keynote by Prof. Wurzer at Nordex about IP-designMIPLM
 
ISYU TUNGKOL SA SEKSWLADIDA (ISSUE ABOUT SEXUALITY
ISYU TUNGKOL SA SEKSWLADIDA (ISSUE ABOUT SEXUALITYISYU TUNGKOL SA SEKSWLADIDA (ISSUE ABOUT SEXUALITY
ISYU TUNGKOL SA SEKSWLADIDA (ISSUE ABOUT SEXUALITYKayeClaireEstoconing
 
Incoming and Outgoing Shipments in 3 STEPS Using Odoo 17
Incoming and Outgoing Shipments in 3 STEPS Using Odoo 17Incoming and Outgoing Shipments in 3 STEPS Using Odoo 17
Incoming and Outgoing Shipments in 3 STEPS Using Odoo 17Celine George
 
AMERICAN LANGUAGE HUB_Level2_Student'sBook_Answerkey.pdf
AMERICAN LANGUAGE HUB_Level2_Student'sBook_Answerkey.pdfAMERICAN LANGUAGE HUB_Level2_Student'sBook_Answerkey.pdf
AMERICAN LANGUAGE HUB_Level2_Student'sBook_Answerkey.pdfphamnguyenenglishnb
 
Proudly South Africa powerpoint Thorisha.pptx
Proudly South Africa powerpoint Thorisha.pptxProudly South Africa powerpoint Thorisha.pptx
Proudly South Africa powerpoint Thorisha.pptxthorishapillay1
 
THEORIES OF ORGANIZATION-PUBLIC ADMINISTRATION
THEORIES OF ORGANIZATION-PUBLIC ADMINISTRATIONTHEORIES OF ORGANIZATION-PUBLIC ADMINISTRATION
THEORIES OF ORGANIZATION-PUBLIC ADMINISTRATIONHumphrey A Beña
 
Roles & Responsibilities in Pharmacovigilance
Roles & Responsibilities in PharmacovigilanceRoles & Responsibilities in Pharmacovigilance
Roles & Responsibilities in PharmacovigilanceSamikshaHamane
 
Science 7 Quarter 4 Module 2: Natural Resources.pptx
Science 7 Quarter 4 Module 2: Natural Resources.pptxScience 7 Quarter 4 Module 2: Natural Resources.pptx
Science 7 Quarter 4 Module 2: Natural Resources.pptxMaryGraceBautista27
 
Influencing policy (training slides from Fast Track Impact)
Influencing policy (training slides from Fast Track Impact)Influencing policy (training slides from Fast Track Impact)
Influencing policy (training slides from Fast Track Impact)Mark Reed
 
Choosing the Right CBSE School A Comprehensive Guide for Parents
Choosing the Right CBSE School A Comprehensive Guide for ParentsChoosing the Right CBSE School A Comprehensive Guide for Parents
Choosing the Right CBSE School A Comprehensive Guide for Parentsnavabharathschool99
 
ENGLISH 7_Q4_LESSON 2_ Employing a Variety of Strategies for Effective Interp...
ENGLISH 7_Q4_LESSON 2_ Employing a Variety of Strategies for Effective Interp...ENGLISH 7_Q4_LESSON 2_ Employing a Variety of Strategies for Effective Interp...
ENGLISH 7_Q4_LESSON 2_ Employing a Variety of Strategies for Effective Interp...JhezDiaz1
 
GRADE 4 - SUMMATIVE TEST QUARTER 4 ALL SUBJECTS
GRADE 4 - SUMMATIVE TEST QUARTER 4 ALL SUBJECTSGRADE 4 - SUMMATIVE TEST QUARTER 4 ALL SUBJECTS
GRADE 4 - SUMMATIVE TEST QUARTER 4 ALL SUBJECTSJoshuaGantuangco2
 

Recently uploaded (20)

Q4 English4 Week3 PPT Melcnmg-based.pptx
Q4 English4 Week3 PPT Melcnmg-based.pptxQ4 English4 Week3 PPT Melcnmg-based.pptx
Q4 English4 Week3 PPT Melcnmg-based.pptx
 
Procuring digital preservation CAN be quick and painless with our new dynamic...
Procuring digital preservation CAN be quick and painless with our new dynamic...Procuring digital preservation CAN be quick and painless with our new dynamic...
Procuring digital preservation CAN be quick and painless with our new dynamic...
 
ECONOMIC CONTEXT - PAPER 1 Q3: NEWSPAPERS.pptx
ECONOMIC CONTEXT - PAPER 1 Q3: NEWSPAPERS.pptxECONOMIC CONTEXT - PAPER 1 Q3: NEWSPAPERS.pptx
ECONOMIC CONTEXT - PAPER 1 Q3: NEWSPAPERS.pptx
 
TataKelola dan KamSiber Kecerdasan Buatan v022.pdf
TataKelola dan KamSiber Kecerdasan Buatan v022.pdfTataKelola dan KamSiber Kecerdasan Buatan v022.pdf
TataKelola dan KamSiber Kecerdasan Buatan v022.pdf
 
OS-operating systems- ch04 (Threads) ...
OS-operating systems- ch04 (Threads) ...OS-operating systems- ch04 (Threads) ...
OS-operating systems- ch04 (Threads) ...
 
Grade 9 Q4-MELC1-Active and Passive Voice.pptx
Grade 9 Q4-MELC1-Active and Passive Voice.pptxGrade 9 Q4-MELC1-Active and Passive Voice.pptx
Grade 9 Q4-MELC1-Active and Passive Voice.pptx
 
Keynote by Prof. Wurzer at Nordex about IP-design
Keynote by Prof. Wurzer at Nordex about IP-designKeynote by Prof. Wurzer at Nordex about IP-design
Keynote by Prof. Wurzer at Nordex about IP-design
 
ISYU TUNGKOL SA SEKSWLADIDA (ISSUE ABOUT SEXUALITY
ISYU TUNGKOL SA SEKSWLADIDA (ISSUE ABOUT SEXUALITYISYU TUNGKOL SA SEKSWLADIDA (ISSUE ABOUT SEXUALITY
ISYU TUNGKOL SA SEKSWLADIDA (ISSUE ABOUT SEXUALITY
 
Incoming and Outgoing Shipments in 3 STEPS Using Odoo 17
Incoming and Outgoing Shipments in 3 STEPS Using Odoo 17Incoming and Outgoing Shipments in 3 STEPS Using Odoo 17
Incoming and Outgoing Shipments in 3 STEPS Using Odoo 17
 
AMERICAN LANGUAGE HUB_Level2_Student'sBook_Answerkey.pdf
AMERICAN LANGUAGE HUB_Level2_Student'sBook_Answerkey.pdfAMERICAN LANGUAGE HUB_Level2_Student'sBook_Answerkey.pdf
AMERICAN LANGUAGE HUB_Level2_Student'sBook_Answerkey.pdf
 
Proudly South Africa powerpoint Thorisha.pptx
Proudly South Africa powerpoint Thorisha.pptxProudly South Africa powerpoint Thorisha.pptx
Proudly South Africa powerpoint Thorisha.pptx
 
THEORIES OF ORGANIZATION-PUBLIC ADMINISTRATION
THEORIES OF ORGANIZATION-PUBLIC ADMINISTRATIONTHEORIES OF ORGANIZATION-PUBLIC ADMINISTRATION
THEORIES OF ORGANIZATION-PUBLIC ADMINISTRATION
 
YOUVE GOT EMAIL_FINALS_EL_DORADO_2024.pptx
YOUVE GOT EMAIL_FINALS_EL_DORADO_2024.pptxYOUVE GOT EMAIL_FINALS_EL_DORADO_2024.pptx
YOUVE GOT EMAIL_FINALS_EL_DORADO_2024.pptx
 
Roles & Responsibilities in Pharmacovigilance
Roles & Responsibilities in PharmacovigilanceRoles & Responsibilities in Pharmacovigilance
Roles & Responsibilities in Pharmacovigilance
 
Science 7 Quarter 4 Module 2: Natural Resources.pptx
Science 7 Quarter 4 Module 2: Natural Resources.pptxScience 7 Quarter 4 Module 2: Natural Resources.pptx
Science 7 Quarter 4 Module 2: Natural Resources.pptx
 
Influencing policy (training slides from Fast Track Impact)
Influencing policy (training slides from Fast Track Impact)Influencing policy (training slides from Fast Track Impact)
Influencing policy (training slides from Fast Track Impact)
 
Choosing the Right CBSE School A Comprehensive Guide for Parents
Choosing the Right CBSE School A Comprehensive Guide for ParentsChoosing the Right CBSE School A Comprehensive Guide for Parents
Choosing the Right CBSE School A Comprehensive Guide for Parents
 
ENGLISH 7_Q4_LESSON 2_ Employing a Variety of Strategies for Effective Interp...
ENGLISH 7_Q4_LESSON 2_ Employing a Variety of Strategies for Effective Interp...ENGLISH 7_Q4_LESSON 2_ Employing a Variety of Strategies for Effective Interp...
ENGLISH 7_Q4_LESSON 2_ Employing a Variety of Strategies for Effective Interp...
 
Raw materials used in Herbal Cosmetics.pptx
Raw materials used in Herbal Cosmetics.pptxRaw materials used in Herbal Cosmetics.pptx
Raw materials used in Herbal Cosmetics.pptx
 
GRADE 4 - SUMMATIVE TEST QUARTER 4 ALL SUBJECTS
GRADE 4 - SUMMATIVE TEST QUARTER 4 ALL SUBJECTSGRADE 4 - SUMMATIVE TEST QUARTER 4 ALL SUBJECTS
GRADE 4 - SUMMATIVE TEST QUARTER 4 ALL SUBJECTS
 

Hybrid AOs and Polyatomic MOs

  • 1. Hybrid  AOs and polyatomic MOs CH101 Fall 2010 Boston University Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 1 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 2. Figures on slides 4‐9 are used with permission from  Clayden et al., Organic Chemistry (Oxford University  Press, 2000), © 2007 Oxford University Press. Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 2 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 3. Hybridized AO’s account for  central atom shape Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 3 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 4. Central atom AO mixing: Hybrid AO’s Unmixed AO’s have the wrong central atom  geometry Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 4 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 5. An s and a p AO make two sp hybrid AO’s 180o angle, for SN = 2 Two p’s are unchanged on each atom Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 5 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 6. sp hybrids account for  linear geometry 180o angle, for SN = 2 Two p’s are unchanged on each atom Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 6 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 7. An s and two p AO’s make  three sp2 hybrid AO’s 120o angle, for SN = 3 One p is unchanged on each atom Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 7 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 8. sp2 hybrids account for  trigonal planar geometry 120o angle, for SN = 3 One p is unchanged on each atom Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 8 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 9. An s and three p AO’s make  four sp3 hybrid AO’s 109o angle, for SN = 4 sp3 hybrids account for tetrahedral geometry Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 9 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 10. Examples CO2, carbon dioxide H2CO, formaldehyde HCO2‐, formate SO2, sulfur dioxide Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 10 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 11. Polyatomic MO recipe Overview • σ framework of single bonds and lone pairs • π framework of additional bond pairs • π framework can be delocalized (spread) over  more than two atoms. Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 11 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 12. Polyatomic MO recipe 1. Use the Lewis structure to get – the number of electron pairs – make hybrid AO’s on each atom (except H) 2. Sketch the σ framework and place pairs – in each bonding σ MO – in each nonbonding hybrid AO 3. Sketch the π framework MO’s,  – mark as bonding, nonbonding, antibonding – place remaining pairs (Auf Bau) – get the π bond order Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 12 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 13. σ framework • Hybridization of terminal atoms  the same as their central atom • Terminal H never hybridized • One pair in each hybrid AO σ bonding MO • One pair in each non‐bonded  hybrid AO Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 13 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 14. CO2 sp σ framework sp hybrids overlap to make  two sp σ bonding MO’s,  leaving two sp nonbonding AO’s.  These can hold … Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 14 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 15. CO2 sp σ framework sp hybrids overlap to make  two sp σ bonding MO’s,  leaving two sp nonbonding AO’s.  These can hold … Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 15 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 16. CO2 sp σ framework sp hybrids overlap to make two sp σ bonding MO’s,  leaving two sp nonbonding AO’s.  These can hold 4 pairs of electrons. Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 16 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 17. CO2 sp σ framework sp hybrids overlap to make  two sp σ bonding MO’s,  leaving two sp nonbonding AO’s.  These can hold 4 pairs of electrons. The remaining 4 pairs are in the … Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 17 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 18. CO2 π framework Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 18 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 19. π framework • Unused p AO’s form same number  of π MO’s • Number of loops and AO overlap  determine whether π MO is … – bonding (π) – nonbonding (πn) – antibonding (π*) Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 19 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 20. CO2 π framework 4 pairs are in the (delocalized) π framework 2 pairs in π (bonding) and 2 pairs in πn (nonbonding);  bond order 2 Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 20 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 21. H2CO sp2 σ framework 6 pairs in Lewis structure, 5 pairs in σ framework, and  so 1 pair in (localized) π framework. Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 21 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 22. H2CO π framework 1 pair in (localized) π framework 1 pair in π (bonding); bond order 1  Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 22 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 23. HCOO‐ sp2 σ framework 9 pairs in Lewis structure, 7 pairs in σ framework, and so 2  pairs in (delocalized) π framework. Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 23 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 24. HCOO‐ π framework 2 pairs in (delocalized) π framework 1 pair in π (bonding) and 1 pair in πn (nonbonding); bond  order 1 Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 24 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 25. SO2 sp2 σ framework 9 pairs in Lewis structure, 7 pairs in σ framework, and  so 2 pairs in (delocalized) π framework. Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 25 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 26. SO2 π framework 2 pairs in (delocalized) π framework 1 pair in π (bonding) and 1 pair in πn (nonbonding);  bond order 1 Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 26 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 27. SO2 correlation diagram Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 27 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 28. Do these on your own HCOOH, formic acid allyl: [H2C=CH−CH2]−, anion; [H2C=CH−CH2]+, cation H2C=C=CH2, allene H2C=CH−CH=CH2, 1,3‐butadiene O3, ozone For each one, – Write the Lewis structure – Sketch the σ framework and assign its pairs – Sketch the π framework MO’s, identify localization  or delocalization, bonding, nonbonding,  antibonding, and assign its pairs, and get the π bond order Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 28 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 29. HCOOH, formic acid Formate, HCOO− π , is planar and has – 9 pairs – 7 pairs in σ framework – 1 pair in a delocalized bonding π1 orbital – 1 pair in a delocalized nonbonding π2n orbital What about formic acid? – 9 pairs – 8 pairs in σ framework – 1 pair in localized bonding π1 orbital Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 29 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 30. H2C=CH−CH2, allyl (radical) What about allyl? Use −CH2 sp2, to have increased  delocalization: – 8 ½ pairs – 7 pairs in σ framework – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital – ½ pair (1 electron) in delocalized nonbonding π2n orbital Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 30 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 31. [H2C=CH−CH2]+, allyl cation What about allyl cation? – 8 pairs – 7 pairs in σ framework – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 31 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 32. [H2C=CH−CH2]−, allyl anion What about allyl anion? If −CH2 is sp3, then – 9 pairs – 8 pairs in σ framework – 1 pair in localized bonding π1 orbital If −CH2 is sp2, then – 7 pairs in σ framework – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital – 1 pair in delocalized nonbonding π2n orbital Increased delocalization makes −CH2 is sp2 more stable  (extension to recipe) Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 32 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 33. H2C=C=CH2, allene What about allene? – 8 pairs – 6 pairs in σ framework – 2 pair in two localized bonding π1 orbitals Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 33 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 34. H2C=CH−CH=CH2, 1,3‐butadiene What about 1,3‐butadiene? – 11 pairs – 9 pairs in σ framework – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital – 1 pair in delocalized bonding π2 orbital Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 34 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu
  • 35. O3, ozone What about ozone? – 9 pairs – 7 pairs in σ framework – 1 pair in delocalized bonding π1 orbital – 1 pair in delocalized nonbonding π2n orbital Ozone is polar. Why? The two electrons in the nonbonding MO are  each only on the terminal O’s! Hybrid AO's and polyatomic MO's, CH101  8/8/2011 9:08 AM 35 Fall 2010, © 2010 Dan Dill dan@bu.edu