W chemii, czym jest orbital molekularny?
Orbital molekularny jest zasadniczo ścieżką, którą elektron obiera cząsteczkę. Jest to bardzo podobne do orbity atomowej, z tym wyjątkiem, że orbital molekularny jest ścieżką uwzględniającą pole więcej niż jednego jądra. Istnieją dwa rodzaje orbitalów molekularnych: wiążący i przeciwwiążący. Zasadniczo decyduje to, czy orbitujące elektrony poruszają się wokół jąder w fazie, czy w fazie. Orbitale molekularne zasadniczo pokrywają się z orbitami atomowymi, a stopień, w jakim idą one razem, określa, czy atomy będą się wiązać, czy nie.
Przed zrozumieniem orbitali ważne jest poznanie budowy atomu. Protony i neutrony zajmują jądro atomu, który jest bardzo skondensowanym pojemnikiem, który znajduje się w centrum atomu. Elektrony wirują wokół jądra, zasadniczo w ten sam sposób, w jaki planety krążą wokół Słońca. Uproszczony opis tego, jak elektrony krążą wokół jądra, dzieli elektrony na „skorupy”, które są zasadniczo dużymi okręgami otaczającymi jądro, które mogą zawierać określoną liczbę elektronów. Podobnie jak w przypadku orbit planetarnych, orbity elektronowe nie przybierają kształtu idealnych kół.
Elektrony nie wszystkie krążą wokół atomu w ustalonych, uporządkowanych kręgach. Zamiast tego często mają bardziej niezwykłe orbity, a konkretną orbitę, którą mają, opisuje teoria atomowej orbity. Orbital „s” jest najprostszy i jest to zasadniczo orbita sferyczna. Istnieją również orbitale w kształcie hantli, zwane orbitalami „p”, które występują w trzech różnych ustawieniach. Interakcja między dwoma orbitami atomowymi określa typ orbity molekularnej.
Kiedy dwa atomy się łączą, elektrony wciąż próbują podążać za swoim ustalonym wzorem orbitalnym, a ich pozycje określają rodzaj orbity molekularnej. Pierwszy typ orbity molekularnej pojawia się, gdy elektrony krążą w fazie w obu jądrach i pokrywają się w pewnym momencie. Tworzy to orbitę „wiążącą”, ponieważ nakładanie się elektronów intensyfikuje ładunek ujemny i obniża energię potencjalną cząsteczki. Wymagałoby to zatem energii, aby rozdzielić je z powrotem na ich oddzielne atomy, a atomy pozostają razem.
Innym typem orbitalu molekularnego jest orbitowanie elektronów poza fazą. Zmniejsza to wytwarzany przez nie ładunek ujemny, co z kolei zwiększa całkowitą energię potencjalną zmagazynowaną w cząsteczce. Elektrony lubią energię o niskim potencjale, więc są bardziej prawdopodobne, że oddzielą się niż orbitują poza fazą. Niska energia potencjalna na orbicie poza fazą oznacza zatem, że atomy rozpadają się, a wiązanie nie powstaje.