Vad är den molekylära orbitalteorin?

molekylär orbitalteori, eller Mo -teorin, är en metod för att förklara bindning mellan atomer när det gäller elektroner som sprids runt en molekyl snarare än lokaliserad runt atomerna, i motsats till valensbindningsteori eller VB -teori. Elektroner i atomer är arrangerade i orbitaler inom underskal i skal. Som en allmän regel är det elektronerna i orbitalerna inom det yttersta skalet som är involverat i kemisk bindning, även om det finns undantag från detta. En orbital kan innehålla högst två elektroner, som måste ha motsatta snurr. I molekylär orbital teori, när två atomer bildar en kemisk bindning, kombineras atomorbitalerna i bindningselektronerna för att producera molekylära orbitaler med liknande regler för elektronernas antal och snurr.

, som alla subatomiska partiklar, kan bete sig som vågor. Istället för att ockupera en bestämd punkt i rymden vid en given tidpunkt, sprids en elektron över alla dess möjliga platser runt atombärnan och dessPosition kan endast uttryckas i termer av sannolikhet. En ekvation som utvecklats av fysikern Erwin Schrodinger kan användas för att bestämma "vågfunktionen" hos en atombanan, vilket ger sannolikheten för att hitta en elektron på olika platser runt kärnan när det gäller en elektrondensitetsfördelning. Molekylär orbitalteori förklarar atombindning genom att lägga till vågfunktionerna för de atomiska orbitalerna som är involverade i bindning för att ge vågfunktionerna för molekylära orbitaler som omsluter hela molekylen.

Eftersom vågfunktionsekvationen ger både positiva och negativa värden, känd som faser, produceras två molekylära orbitaler. I det första tillsätts atomorbitalerna i fas-positiv till positiv och negativ-till-negativ. Den andra typen är en där de är ur fas-negativa till positiva och positiva-till-negativa.

i fasen ger en molekylärOrbital med elektrondensiteten koncentrerad i utrymmet mellan kärnorna, vilket förenar dem närmare varandra och resulterade i en konfiguration vid en lägre energi än de två ursprungliga atomorbitalerna tillsammans. Detta är känt som en bindningsbanan. Utflyktsortet resulterar i att elektrondensiteten koncentreras bort från utrymmet mellan kärnorna, drar dem längre isär och producerar en konfiguration med en högre energinivå än atomorbitalerna. Detta är känt som en bindning av bindning. Elektroner från de atomiska orbitalerna som är involverade i bindning föredrar att fylla de lägre energibindningsmolekylära orbitalerna.

För att bestämma arten av bindningen mellan två atomer beräknas ”bindningsordningen” som: (bindningselektroner-anti-bindande elektroner)/2. En bindningsorder på noll indikerar att ingen bindning kommer att äga rum. Som jämförelse indikerar en bindningsorder på 1 en enda bindning, med 2 respektive 3 som indikerar dubbla respektive trippelbindningar.

som ett mycket enkelt exempel,Bindningen av två väteatomer kan beskrivas i termer av molekylär orbital teori. Varje atom har bara en elektron, normalt i den lägsta energiomloppet. Vågfunktionerna för dessa orbitaler tillsätts, vilket ger en bindning och en anti-bindande omloppsbana. De två elektronerna kommer att fylla den nedre energibindningsbanan, utan elektroner i den anti-bindande omloppet. Obligationsordningen är därför (2 - 0)/2 = 1, vilket ger en enda obligation. Detta är i överensstämmelse med VB -teorin och med observation.

Interaktionen mellan två atomer i nästa element i det periodiska tabellen, helium, ger ett annat resultat eftersom det finns två elektroner i en orbital i varje heliumatom. När vågfunktionerna tillsätts produceras en bindning och en anti-bindande omloppsbana, som med väte. Den här gången är det dock fyra elektroner involverade. Två elektroner kommer att fylla bindningsbanan och de andra två måste fylla den högre energibindande orbitalen. Bondordern den här gången är (2 - 2)/2 = 0, så ingen bindning wJag äger rum. Återigen, detta överensstämmer med VB -teorin och med observation: Helium bildar inte molekyler.

molekylär orbitalteori förutsäger också korrekt dubbla och trippelbindningar för syre- och kvävemolekyler. I de flesta fall överensstämmer Mo Theory och Valence Bonding Theory; Den förra förklarar emellertid bättre molekyler där bindningsordningen ligger mellan en enda och en dubbelbindning och de magnetiska egenskaperna hos molekyler. Den huvudsakliga nackdelen med molekylär orbital teori är att, med undantag för mycket enkla fall, såsom de ovan, är beräkningarna mycket mer komplicerade.