¿Cuál es la teoría del orbital molecular?

La teoría orbital molecular, o la teoría de MO, es un método para explicar la unión entre los átomos en términos de electrones que se extienden alrededor de una molécula en lugar de localizar alrededor de los átomos, en contraste con la teoría de la unión de valencia o la teoría de VB. Los electrones en los átomos están dispuestos en orbitales dentro de las subshells dentro de las conchas. Como regla general, son los electrones en los orbitales dentro de la cubierta más externa que están involucradas en la unión química, aunque hay excepciones a esto. Un orbital puede contener un máximo de dos electrones, que deben tener giros opuestos. En la teoría del orbital molecular, cuando dos átomos forman un enlace químico, los orbitales atómicos de los electrones de enlace se combinan para producir orbitales moleculares con reglas similares con respecto al número y el giro de los electrones.

, como todas las partículas subatómicas, pueden comportarse como ondas. En lugar de ocupar un punto definido en el espacio en un momento dado, un electrón se extiende sobre todas sus posibles ubicaciones alrededor del núcleo atómico y suLa posición solo se puede expresar en términos de probabilidad. Se puede utilizar una ecuación desarrollada por el físico Erwin Schrodinger para determinar la "función de onda" de un orbital atómico, dando la probabilidad de encontrar un electrón en diferentes ubicaciones alrededor del núcleo en términos de una distribución de densidad de electrones. La teoría del orbital molecular explica la unión atómica al agregar las funciones de onda de los orbitales atómicos involucrados en el enlace para dar las funciones de onda para los orbitales moleculares que encierran toda la molécula.

Dado que la ecuación de la función de onda proporciona valores positivos y negativos, conocidos como fases, se producen dos orbitales moleculares. En el primero, los orbitales atómicos se agregan en fase: positivo a positivo y negativo a negativo. El segundo tipo es uno en el que están fuera de fase: negativo a positivo y positivo a negativo.

La adición en fase da una molecularOrbital con la densidad de electrones concentrada en el espacio entre los núcleos, uniéndolos más juntos y dando como resultado una configuración a una energía más baja que los dos orbitales atómicos originales combinados. Esto se conoce como orbital de unión. La adición fuera de fase da como resultado que la densidad de electrones se concentre fuera del espacio entre los núcleos, separándolos más y produciendo una configuración con un nivel de energía más alto que los orbitales atómicos. Esto se conoce como un orbital anti-Bonding. Los electrones de los orbitales atómicos involucrados en la unión preferirán llenar los orbitales moleculares de unión de unión más baja.

Para determinar la naturaleza del enlace entre dos átomos, el "orden de enlace" se calcula como: (electrones de enlace-electrones anti-enlace)/2. Un orden de enlace de cero indica que no se realizará un enlace. En comparación, un orden de enlace de 1 indica un solo enlace, con 2 y 3 que indican enlaces dobles y triples, respectivamente.

Como un ejemplo muy simple,La unión de dos átomos de hidrógeno se puede describir en términos de teoría orbital molecular. Cada átomo tiene solo un electrón, normalmente en el orbital de energía más bajo. Las funciones de onda de estos orbitales se agregan, dando una unión y un orbital anti-unión. Los dos electrones llenarán el orbital de unión de unión más baja, sin electrones en el orbital anti-unido. Por lo tanto, el orden de enlace es (2 - 0)/2 = 1, dando un solo enlace. Esto está de acuerdo con la teoría de VB y con la observación.

La interacción de dos átomos del siguiente elemento en la tabla periódica, el helio, da un resultado diferente, ya que hay dos electrones en un orbital en cada átomo de helio. Cuando se agregan las funciones de onda, se producen un enlace y un orbital anti-enlace, como con el hidrógeno. Esta vez, sin embargo, hay cuatro electrones involucrados. Dos electrones llenarán el orbital de unión y los otros dos tendrán que llenar el orbital antiinbozo de mayor energía. El orden de enlace esta vez es (2 - 2)/2 = 0, por lo que no hay unión wtendré lugar. Nuevamente, esto está de acuerdo con la teoría de VB y con la observación: el helio no forma moléculas.

La teoría orbital molecular también predice correctamente enlaces dobles y triples para las moléculas de oxígeno y nitrógeno, respectivamente. En la mayoría de los casos, la teoría de MO y la teoría de la vinculación de valencia están de acuerdo; Sin embargo, el primero explica mejor moléculas donde el orden de enlace se encuentra entre un solo y un doble enlace, y las propiedades magnéticas de las moléculas. La principal desventaja de la teoría orbital molecular es que, excepto en casos muy simples como los anteriores, los cálculos son mucho más complicados.