In chimica, cos'è un orbitale molecolare?
Un orbitale molecolare è essenzialmente il percorso che un elettrone prende attorno a una molecola. Questo è molto simile a un orbitale atomico, tranne per il fatto che un orbitale molecolare è un percorso che tiene conto del campo di più di un nucleo. Esistono due tipi di orbitale molecolare, uno di legame e uno di legame anti-legame. Questo è fondamentalmente deciso se gli elettroni orbitanti si muovono attorno ai nuclei in fase o fuori fase. Gli orbitali molecolari sono fondamentalmente sovrapposti a orbitali atomici e il grado con cui vanno insieme determina se gli atomi si legheranno o meno.
Prima di essere in grado di comprendere gli orbitali, è importante conoscere la struttura di un atomo. Protoni e neutroni occupano il nucleo dell'atomo, che è un contenitore molto condensato che si trova al centro di un atomo. Gli elettroni sfrecciano all'esterno del nucleo, essenzialmente nello stesso modo in cui i pianeti orbitano attorno al sole. Una descrizione semplicistica di come gli elettroni orbitano attorno a un nucleo divide gli elettroni in "gusci", che sono sostanzialmente grandi cerchi che circondano il nucleo e che possono contenere una determinata quantità di elettroni. Proprio come con le orbite planetarie, gli orbitali di elettroni non assumono la forma di cerchi perfetti.
Gli elettroni non si muovono tutti attorno ad un atomo in cerchi fissi e ordinati. Invece, hanno spesso orbite più insolite e l'orbita specifica che hanno è descritta dalla teoria dell'orbita atomica. L'orbitale "s" è il più semplice, e questo è essenzialmente un orbitale sferico. Esistono anche orbitali a forma di manubrio, chiamati orbitali "p", che sono disponibili in tre diversi allineamenti. L'interazione tra i due orbitali atomici determina il tipo di orbitale molecolare.
Quando due atomi si legano, gli elettroni stanno ancora cercando di seguire il loro schema orbitale impostato e le loro posizioni determinano il tipo di orbitale molecolare. Il primo tipo di orbitale molecolare arriva quando gli elettroni orbitano attorno a entrambi i nuclei in fase e si sovrappongono ad un certo punto. Questo crea un orbitale di "legame", perché la sovrapposizione degli elettroni intensifica la carica negativa e abbassa l'energia potenziale della molecola. Pertanto sarebbe necessaria energia per dividerli in loro atomi separati, e gli atomi rimangono insieme.
L'altro tipo di orbitale molecolare è quando gli elettroni orbitano fuori fase. Ciò riduce la carica negativa che creano, che a sua volta aumenta l'energia potenziale complessiva immagazzinata nella molecola. Agli elettroni piace un'energia a basso potenziale, quindi hanno maggiori probabilità di separarsi rispetto all'orbita fuori fase. La bassa energia potenziale di un'orbita sfasata, quindi, significa che gli atomi si dividono e il legame non si forma.