Was ist die molekulare Orbitalentheorie?

molekulare Orbitalentheorie oder MO -Theorie ist eine Methode zur Erklärung der Bindung zwischen Atomen in Bezug auf Elektronen, die sich eher um ein Molekül als um die Atome ausgebreitet werden, im Gegensatz zur Valenzbindungstheorie oder der VB -Theorie. Elektronen in Atomen sind in Orbitalen innerhalb von Unterschalen in Schalen angeordnet. In der Regel sind es die Elektronen in den Orbitalen innerhalb der äußersten Hülle, die an der chemischen Bindung beteiligt sind, obwohl es Ausnahmen davon gibt. Ein Orbital kann maximal zwei Elektronen enthalten, die entgegengesetzte Spins haben müssen. In der molekularen Orbitalheorie bilden zwei Atome eine chemische Bindung, die atomaren Orbitale der Bindungselektronen zu molekularen Orbitalen mit ähnlichen Regeln hinsichtlich der Anzahl und des Spins der Elektronen. Anstatt zu einem bestimmten Zeitpunkt einen bestimmten Punkt im Weltraum einzugehen, wird ein Elektron über all seinen möglichen Orten um den Atomkern und seine ausgebreitetPosition kann nur als Wahrscheinlichkeit ausgedrückt werden. Eine vom Physiker Erwin Schrodinger entwickelte Gleichung kann verwendet werden, um die „Wellenfunktion“ eines atomaren Orbitals zu bestimmen, was die Wahrscheinlichkeit gibt, dass ein Elektron an verschiedenen Stellen rund um den Kern in Bezug auf eine Elektronendichteverteilung gefunden wird. Die molekulare Orbitalentheorie erklärt die atomare Bindung, indem die Wellenfunktionen der atomaren Orbitale hinzugefügt werden, die an der Bindung beteiligt sind, um die Wellenfunktionen für molekulare Orbitale zu verleihen, die das gesamte Molekül einschließen.

Da die Wellenfunktionsgleichung sowohl positive als auch negative Werte ergibt, die als Phasen bezeichnet werden, werden zwei molekulare Orbitale erzeugt. Im ersten Fall werden die Atomorbitale in der Phase hinzugefügt-positiv bis positiv und negativ. Der zweite Typ ist einer, wenn sie aus der Phase sind-negativ bis positiv und positiv bis negativ.

Die In -Phasen -Addition ergibt ein MolekularDas Orbital mit der Elektronendichte im Raum zwischen den Kernen konzentriert, bringt sie näher zusammen und führt zu einer Konfiguration bei einer geringeren Energie als die beiden ursprünglichen Atomorbitale zusammen. Dies ist als Bindungsorbital bekannt. Die Außenzusatzentwicklung führt dazu, dass die Elektronendichte vom Raum zwischen den Kernen entfernt wird, sie weiter auseinander ziehen und eine Konfiguration mit einem höheren Energieniveau als die Atom -Orbitale erzeugen. Dies ist als antibindendes Orbital bekannt. Elektronen aus den Atomorbitalen, die an der Bindung beteiligt sind

Um die Art der Bindung zwischen zwei Atomen zu bestimmen, wird die „Bindungsreihenfolge“ berechnet als: (Bindungselektronen-Antibindungselektronen)/2. Eine Bindungsreihenfolge von Null zeigt an, dass keine Bindung stattfinden wird. Im Vergleich dazu zeigt eine Bindungsreihenfolge von 1 eine einzelne Bindung an, wobei 2 und 3 Doppel- und Dreifachbindungen anzeigen.

als sehr einfaches Beispiel,Die Bindung von zwei Wasserstoffatomen kann in Bezug auf die molekulare Orbitalentheorie beschrieben werden. Jedes Atom hat nur ein Elektron, normalerweise in der niedrigsten Energieumlaufbahn. Die Wellenfunktionen dieser Orbitale werden hinzugefügt, wodurch eine Bindung und ein antibindendes Orbital verleiht werden. Die beiden Elektronen füllen das umlaufende Energieverbindungsorbital ohne Elektronen im antibindenden Orbital. Die Bindungsreihenfolge ist daher (2 - 0)/2 = 1, was eine einzelne Bindung ergibt. Dies stimmt mit der VB -Theorie und der Beobachtung überein.

Die Wechselwirkung von zwei Atomen des nächsten Elements in der Periodenzüchtertabelle, Helium, liefert ein anderes Ergebnis, da in jedem Heliumatom zwei Elektronen in einem Orbital vorhanden sind. Wenn die Wellenfunktionen hinzugefügt werden, werden wie bei Wasserstoff eine Bindung und ein antibindendes Orbital erzeugt. Diesmal sind jedoch vier Elektronen beteiligt. Zwei Elektronen füllen das Bindungsorbital und die anderen beiden müssen das Anti-Bindungs-Orbital mit höherer Energie füllen. Die Bindungsreihenfolge ist diesmal (2 - 2)/2 = 0, also keine Bindung wIch werde stattfinden. Auch dies stimmt mit der VB -Theorie und der Beobachtung überein: Helium bildet keine Moleküle.

Die

molekulare Orbitalentheorie prognostiziert auch doppelte und dreifache Bindungen für Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle. In den meisten Fällen stimmen die MO -Theorie und die Valenzbindungstheorie überein; Ersteres erklärt jedoch bessere Moleküle, bei denen die Bindungsordnung zwischen einer einzelnen und einer doppelten Bindung und den magnetischen Eigenschaften von Molekülen liegt. Der Hauptnachteil der molekularen Orbitalentheorie besteht darin, dass die Berechnungen mit Ausnahme sehr einfacher Fälle wie oben viel komplizierter sind.