分子軌道理論とは何ですか？

分子軌道理論、またはMO理論は、原子結合理論、またはVB理論とは対照的に、原子の周りではなく分子の周りに広がっている電子の観点から原子間の結合を説明する方法です。原子の電子は、シェル内のサブシェル内の軌道に配置されます。一般的なルールとして、これには例外がありますが、化学的結合に関与するのは、最も外側のシェル内の軌道の電子です。軌道には、反対のスピンが必要な最大2つの電子を含めることができます。分子軌道理論では、2つの原子が化学結合を形成すると、結合電子の原子軌道が結合し、電子の数とスピンに関する同様の規則を持つ分子軌道を生成します。特定の時間に空間の明確なポイントを占める代わりに、原子核とその周辺の可能なすべての場所に電子が広がっています位置は確率の観点からのみ表現できます。物理学者のアーウィン・シュロディンガーによって開発された方程式を使用して、原子軌道の「波動関数」を決定することができ、電子密度分布の観点から核周辺の異なる位置で電子を見つける可能性を与えます。分子軌道理論は、分子全体を囲む分子軌道の波動関数を与えるために結合に関与する原子軌道の波動関数を追加することにより、原子結合を説明します。

波動関数方程式は、相として知られている正と負の両方の値を与えるため、2つの分子軌道が生成されます。最初に、原子軌道が位相に追加されます - 陽性から陽性、陰性から陰性。 2番目のタイプは、それらがフェーズ外のものであり、否定的から陽性的で肯定的なものです。

in位相添加により分子が得られます電子密度が核の間の空間に濃縮された軌道がそれらを近づけ、2つの元の原子軌道を組み合わせた2つの元の原子軌道よりも低いエネルギーで構成をもたらします。これは結合軌道として知られています。位相が不足すると、電子密度が核の間の空間から濃縮され、それらをさらに引き離し、原子軌道よりも高いエネルギーレベルの構成を生成します。これは、反結合軌道として知られています。結合に関与する原子軌道からの電子は、より低いエネルギー結合分子軌道を満たすことを好みます。

2つの原子間の結合の性質を決定するために、「結合順」は次のように計算されます。（結合電子 - 抗結合電子）/2。ゼロの結合順序は、結合が行われないことを示します。それに比べて、1の結合順序は単一の結合を示し、2と3はそれぞれ二重結合と三重結合を示します。

非常に簡単な例として、2つの水素原子の結合は、分子軌道理論の観点から説明できます。各原子には1つの電子のみがあり、通常は最低のエネルギー軌道にあります。これらの軌道の波動関数が追加され、結合と反結合軌道が与えられます。 2つの電子は、抗結合軌道に電子がない低エネルギー結合軌道を満たします。したがって、結合順序は（2 - 0）/2 = 1であり、単一の結合を与えます。これは、VB理論と観察と一致しています。

周期表の次の元素の2つの原子であるヘリウムの相互作用は、各ヘリウム原子に2つの電子があるため、異なる結果をもたらします。波動関数が追加されると、水素と同様に、結合と反結合軌道が生成されます。ただし、今回は4つの電子が関与しています。 2つの電子が結合軌道を満たし、他の2つの電子はより高いエネルギー抗結合軌道を満たす必要があります。今回の債券注文は（2 - 2）/2 = 0です。したがって、結合はありませんw病気が起こります。繰り返しますが、これはVB理論と観察と一致します。ヘリウムは分子を形成しません。

分子軌道理論は、それぞれ酸素および窒素分子の二重結合と三重結合を正しく予測します。ほとんどの場合、MO理論と原子価結合理論が一致しています。ただし、前者は、結合順序が単一結合と二重結合、および分子の磁気特性の間にある分子をよりよく説明します。分子軌道理論の主な欠点は、上記のような非常に単純なケースを除いて、計算がはるかに複雑であるということです。