physical chemistry

CHEM  3512  Winter  2015:  Physical  Chemistry   Problem  Set  4  

Due  date:  Fri  February  27     Directions:  Complete  all  problems  and  show  all  work  for  full  credit.     1.   Consider  the  following  four  diatomic  molecules  O2+,  O2,  O2–,  O22–.  

a.   Sketch  the  molecular  orbital  energy  level  diagram  for  each  molecule.  Make  sure  to   indicate  the  occupation  and  symmetry  label  of  each  level.  

b.   Calculate  the  bond  order  for  each  molecule  and  list  the  four  molecules  in  order  of   decreasing  bond  length.  

  2.   The  dissociation  energy  is  the  energy  needed  to  separate  a  molecule  into  its  constituent   atoms.  Use  molecular  orbital  theory  to  explain  why  the  dissociation  energy  of  N2  is  greater   than  N2+,  but  the  dissociation  energy  of  O2  is  less  than  O2+.     3.   The  ionization  energy  of  the  H  1s  electron  is  13.6  eV,  and  the  ionization  energy  of  a  Cl  3p   electron  is  13.1  eV.  Let  the  molecular  orbitals  ψ+  and  ψ–  denote  the  lowest  σ-­‐type  bonding   and  antibonding  molecular  orbitals  formed  between  the  H  1s  and  Cl  3p,  with  energies  E+   and  E–,  respectively.  If  the  value  of  the  resonance  integral  is  β  =  –1.2  eV  and  the  overlap  S  is   assumed  to  be  zero,  calculate  the  MO  coefficients  in  ψ+  and  ψ–,  and  their  associated  ener-­‐ gies  E+  and  E–.     4.   Atkins  and  de  Paula,  Problem  10E.1  (the  one  involving  CO32–).     5.   Atkins  and  de  Paula,  Problem  10E.2  (the  one  involving  benzene  and  cyclooctatetraene).