Qual é a teoria orbital molecular?
A teoria orbital molecular, ou MO, é um método de explicar a ligação entre átomos em termos de elétrons espalhados em torno de uma molécula, em vez de localizados ao redor dos átomos, em contraste com a teoria da ligação da valência ou a teoria do VB. Os elétrons em átomos são organizados em orbitais dentro das subs -grandes dentro de conchas. Como regra geral, são os elétrons nos orbitais dentro da concha mais externa envolvidos na ligação química, embora haja exceções a isso. Um orbital pode conter um máximo de dois elétrons, que devem ter giros opostos. Na teoria orbital molecular, quando dois átomos formam uma ligação química, os orbitais atômicos dos elétrons de ligação se combinam para produzir orbitais moleculares com regras semelhantes em relação ao número e rotação dos elétrons. Em vez de ocupar um ponto definido no espaço em um determinado momento, um elétron é espalhado por todos os seus locais possíveis ao redor do núcleo atômico e seuA posição só pode ser expressa em termos de probabilidade. Uma equação desenvolvida pelo físico Erwin Schrodinger pode ser usada para determinar a "função de onda" de um orbital atômico, dando a probabilidade de encontrar um elétron em diferentes locais ao redor do núcleo em termos de uma distribuição de densidade de elétrons. A teoria orbital molecular explica a ligação atômica adicionando as funções de onda dos orbitais atômicos envolvidos na ligação para dar as funções de onda para orbitais moleculares que envolvem toda a molécula.
Como a equação da função de onda fornece valores positivos e negativos, conhecidos como fases, dois orbitais moleculares são produzidos. No primeiro, os orbitais atômicos são adicionados em fase-positiva para positiva e negativa para negativa. O segundo tipo é aquele em que eles estão fora de fase-negativo para positivo e positivo para negativo.
A adição de fase em fase fornece um molecularOrbital com a densidade de elétrons concentrado no espaço entre os núcleos, aproximando -os e resultando em uma configuração em uma energia mais baixa do que os dois orbitais atômicos originais combinados. Isso é conhecido como orbital de ligação. A adição de fase fora da fase resulta na densidade de elétrons concentrada longe do espaço entre os núcleos, afastando -os e produzindo uma configuração com um nível de energia mais alto que os orbitais atômicos. Isso é conhecido como orbital anti-ligação. Os elétrons dos orbitais atômicos envolvidos na ligação preferem preencher os orbitais moleculares de ligação mais baixa de energia.
Para determinar a natureza da ligação entre dois átomos, a “ordem da ligação” é calculada como: (elétrons de ligação-elétrons anti-ligação)/2. Uma ordem de títulos de zero indica que nenhuma ligação ocorrerá. Em comparação, uma ordem de títulos de 1 indica uma ligação única, com 2 e 3 indicando ligações duplas e triplas, respectivamente.
como um exemplo muito simples,A ligação de dois átomos de hidrogênio pode ser descrita em termos de teoria orbital molecular. Cada átomo possui apenas um elétron, normalmente no orbital de energia mais baixo. As funções de ondas desses orbitais são adicionadas, dando uma ligação e um orbital anti-liga. Os dois elétrons preencherão o orbital de ligação inferior, sem elétrons no orbital anti-ligação. A ordem de ligação é, portanto, (2 - 0)/2 = 1, fornecendo uma única ligação. Isso está de acordo com a teoria do VB e com a observação.
A interação de dois átomos do próximo elemento na tabela periódica, hélio, fornece um resultado diferente, pois existem dois elétrons em um orbital em cada átomo de hélio. Quando as funções de onda são adicionadas, são produzidas uma ligação e um orbital anti-liga, como no hidrogênio. Desta vez, no entanto, existem quatro elétrons envolvidos. Dois elétrons preencherão o orbital de ligação e os outros dois terão que preencher o orbital anti-liga de energia mais alta. A ordem de títulos desta vez é (2 - 2)/2 = 0, então sem ligação WVou acontecer. Novamente, isso concorda com a teoria do VB e com a observação: o hélio não forma moléculas.
A teoria orbital molecular também prediz corretamente ligações duplas e triplas para moléculas de oxigênio e nitrogênio, respectivamente. Na maioria dos casos, a teoria do MO e a teoria da ligação da valência estão de acordo; No entanto, o primeiro explica melhor moléculas onde a ordem de ligação fica entre uma única e uma ligação dupla e as propriedades magnéticas das moléculas. A principal desvantagem da teoria orbital molecular é que, exceto em casos muito simples, como os acima, os cálculos são muito mais complicados.