Wat is een moleculaire orbitaal in de chemie?

Een moleculair orbitaal is in wezen het pad dat een elektron rond een molecuul aflegt. Dit lijkt erg op een atomaire baan, behalve dat een moleculaire baan een pad is dat rekening houdt met het veld van meer dan één kern. Er zijn twee soorten moleculaire orbitale, een bindende en een anti-bindende. Dit wordt in principe bepaald door of de ronddraaiende elektronen in fase of uit fase rond de kernen bewegen. Moleculaire orbitalen zijn in feite overlappende atomaire orbitalen, en de mate waarin ze samengaan bepaalt of de atomen zullen binden of niet.

Voordat je orbitalen kunt begrijpen, is het belangrijk om de structuur van een atoom te kennen. Protonen en neutronen bezetten de kern van het atoom, een zeer gecondenseerde container die zich in het midden van een atoom bevindt. Elektronen suizen rond de buitenkant van de kern, in wezen op dezelfde manier als planeten in een baan rond de zon. Een simplistische beschrijving van hoe elektronen in een baan rond een kern de elektronen opsplitsen in 'schalen', die in feite grote cirkels zijn die de kern omringen en die een vaste hoeveelheid elektronen kunnen bevatten. Net als bij planetaire banen nemen elektronenorbitalen niet de vorm aan van perfecte cirkels.

Elektronen vinden niet allemaal hun weg rond een atoom in vaste, geordende cirkels. In plaats daarvan hebben ze vaak meer ongebruikelijke banen, en de specifieke baan die ze hebben wordt beschreven door de atomaire orbitale theorie. De "s" -baan is de eenvoudigste, en dit is in wezen een bolvormige baan. Er zijn ook haltervormige orbitalen, "p" -orbitalen genoemd, die in drie verschillende uitlijningen komen. De interactie tussen de twee atomaire orbitalen bepaalt het type van de moleculaire baan.

Wanneer twee atomen binden, proberen de elektronen nog steeds hun vaste baanpatroon te volgen en bepalen hun posities het type moleculaire baan. Het eerste type moleculaire orbitaal komt wanneer de elektronen in een baan rond beide kernen in fase zijn en elkaar op een bepaald moment overlappen. Dit creëert een 'bindings'-orbitaal, omdat de overlapping van de elektronen de negatieve lading versterkt en de potentiële energie van het molecuul verlaagt. Het zou daarom energie nodig hebben om ze weer in hun afzonderlijke atomen te splitsen, en de atomen blijven bij elkaar.

Het andere type moleculaire orbitaal is wanneer de elektronen uit fase raken. Dit vermindert de negatieve lading die ze creëren, wat op zijn beurt de algehele potentiële energie verhoogt die in het molecuul is opgeslagen. Elektronen houden van een lage potentiële energie, dus ze zijn meer geneigd om uit elkaar te scheiden dan om in fase te draaien. De lage potentiële energie van een uit-fase-baan betekent dan dat de atomen uit elkaar gaan en de binding niet wordt gevormd.