Jaka jest molekularna teoria orbitalna?

Molekularna teoria orbitalna lub teoria MO jest metodą wyjaśnienia wiązania między atomami pod względem rozkładania elektronów wokół cząsteczki, a nie zlokalizowanej wokół atomów, w przeciwieństwie do teorii wiązania walencyjnego lub teorii VB. Elektrony w atomach są ułożone w orbitale w podskorłach w skorupkach. Zasadniczo są to elektrony w orbitalach w najbardziej zewnętrznej skorupce zaangażowanej w wiązanie chemiczne, chociaż istnieją wyjątki od tego. Orbital może zawierać maksymalnie dwa elektrony, które muszą mieć przeciwne spiny. W teorii orbitalnej molekularnej, gdy dwa atomy tworzą wiązanie chemiczne, orbitale atomowe elektronów wiązania łączą się, wytwarzając orbitale molekularne o podobnych zasadach dotyczących liczby i spin elektronów.

elektrony, podobnie jak wszystkie cząstki subatomowe, mogą zachowywać się jak fale. Zamiast zajmować określony punkt w kosmosie w danym momencie, elektron jest rozłożony na wszystkie możliwe lokalizacje wokół jądra atomowego i jegoPozycję można wyrazić tylko w kategoriach prawdopodobieństwa. Równanie opracowane przez fizyka Erwin Schrodingera można wykorzystać do określenia „funkcji falowej” orbity atomowej, co daje prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w różnych lokalizacjach wokół jądra pod względem rozkładu gęstości elektronów. Molekularna teoria orbitalna wyjaśnia wiązanie atomowe poprzez dodanie funkcji fali orbitali atomowych zaangażowanych w wiązanie w celu podania funkcji falowych dla orbitali molekularnych otaczających całą cząsteczkę.

Ponieważ równanie funkcji fali daje zarówno wartości dodatnie, jak i ujemne, znane jako fazy, wytwarzane są dwa orbitale molekularne. W pierwszym orbitale atomowe są dodawane w fazie-dodatnie do dodatnie i ujemne do ujemne. Drugi typ to taki, w którym są poza fazą-negatywne i dodatnie i ujemne.

Dodanie fazowe daje molekularnąOrbital z gęstością elektronów skoncentrowaną w przestrzeni między jąderami, przybliżając je do siebie i powodując konfigurację o niższej energii niż dwa oryginalne orbitale atomowe połączone. Jest to znane jako wiązanie orbity. Dodanie fazowe powoduje, że gęstość elektronów jest skoncentrowana z dala od przestrzeni między jąderami, rozciągając je dalej i wytwarzając konfigurację o wyższym poziomie energii niż orbitale atomowe. Jest to znane jako orbital przeciw wiązaniu. Elektrony z orbitali atomowych zaangażowanych w wiązanie będą wolą wypełnić niższe orbitale molekularne wiązania energii.

Aby określić charakter wiązania między dwoma atomami, „rzędu wiązania” jest obliczane jako: (elektrony wiązania-elektrony przeciw wiązaniu)/2. Kolejność obligacji wynosząca zero wskazuje, że nie nastąpi żadne wiązanie. Dla porównania, kolejność wiązania 1 wskazuje na pojedyncze wiązanie, z odpowiednio 2 i 3, co wskazuje na podwójne i potrójne wiązania.

jako bardzo prosty przykład,Wiązanie dwóch atomów wodoru można opisać w kategoriach molekularnej teorii orbity. Każdy atom ma tylko jeden elektron, zwykle na najniższym orbicie energii. Dodaje się funkcje falowe tych orbitali, co daje wiązanie i orbital przeciw wiązaniu. Dwa elektrony wypełnią dolną orbital wiązania energii, bez elektronów na orbitalach przeciw wiązaniu. Zamówienie wiązania wynosi zatem (2–0)/2 = 1, podając pojedyncze wiązanie. Jest to zgodne z teorią VB i obserwacją.

Interakcja dwóch atomów następnego elementu w tabeli okresowej, helu, daje inny wynik, ponieważ w każdym atomie helu znajdują się dwa elektrony. Po dodaniu funkcji fali wytwarzane są wiązanie i orbital przeciw wiązaniu, jak w przypadku wodoru. Tym razem jednak w grę wchodzą cztery elektrony. Dwa elektrony wypełnią orbital wiązania, a pozostałe dwa będą musiały wypełnić orbital przeciw wiązaniu wyższej energii. Zamówienie wiązania tym razem wynosi (2–2)/2 = 0, więc bez wiązania wBędę miał miejsce. Ponownie, zgadza się to z teorią VB i z obserwacją: Hel nie tworzy cząsteczek.

Molekularna teoria orbitalna również poprawnie przewiduje podwójne i potrójne wiązania odpowiednio dla cząsteczek tlenu i azotu. W większości przypadków teoria teorii i walencyjności są zgodne; Jednak ten pierwszy lepiej wyjaśnia cząsteczki, w których kolejność wiązania leży między pojedynczym a podwójnym wiązaniem, a właściwościami magnetycznymi cząsteczek. Główną wadą teorii orbity molekularnej jest to, że z wyjątkiem bardzo prostych przypadków, takich jak te powyżej, obliczenia są znacznie bardziej skomplikowane.