Hvad er den molekylære orbitalteori?

Molekylær orbitalteori eller MO -teori er en metode til at forklare binding mellem atomer med hensyn til elektroner, der er spredt omkring et molekyle snarere end lokaliseret omkring atomerne, i modsætning til valensbindingsteori eller VB -teori.Elektroner i atomer er arrangeret i orbitaler inden for underskaller inden for skaller.Som en generel regel er det elektronerne i orbitaler inden for den yderste skal, der er involveret i kemisk binding, selvom der er undtagelser fra dette.En orbital kan maksimalt indeholde to elektroner, som skal have modsatte spins.I molekylær orbitalteori, når to atomer danner en kemisk binding, kombineres atomkravene i bindingselektronerne for at producere molekylære orbitaler med lignende regler for antallet og spin på elektronerne.

Elektroner, som alle subatomiske partikler, kan opføre sig som bølger.I stedet for at besætte et bestemt punkt i rummet på et givet tidspunkt, spredes et elektron over alle sine mulige placeringer omkring atomkernen, og dens position kan kun udtrykkes med hensyn til sandsynlighed.En ligning udviklet af fysikeren Erwin Schrodinger kan bruges til at bestemme "bølgefunktionen" af en atomisk orbital, hvilket giver sandsynligheden for at finde et elektron på forskellige steder omkring kernen med hensyn til en elektrondensitetsfordeling.Molekylær orbitalteori forklarer atombinding ved at tilføje bølgefunktionerne i de atomiske orbitaler, der er involveret i binding for at give bølgefunktionerne for molekylære orbitaler, der omslutter hele molekylet.

Da bølgefunktionsligningen giver både positive og negative værdier, kendt som faser, toMolekylære orbitaler produceres.I den første tilsættes atomiske orbitaler i fase mdash;Positive-til-positive og negative-til-negative.Den anden type er en, hvor de er ude af fase mdash;Negativ til positiv og positiv-til-negativ.

I fase-tilføjelse giver en molekylær orbital med elektrondensiteten koncentreret i rummet mellem kernerne, hvilket bringer dem tættere sammen og resulterer i en konfiguration med en lavere energi end de toOriginale atomiske orbitaler kombineret.Dette er kendt som en bonding orbital.Uden for fase -tilføjelse resulterer i, at elektrondensiteten koncentreres væk fra mellemrummet mellem kernerne, trækker dem længere fra hinanden og producerer en konfiguration med et højere energiniveau end atomiske orbitaler.Dette er kendt som en anti-bindingsorbital.Elektroner fra de atomiske orbitaler, der er involveret i binding, foretrækker at udfylde de lavere energibindingsmolekylære orbitaler.

For at bestemme arten af bindingen mellem to atomer beregnes "bindingsordren" som: (binding af elektroner-anti-bindingselektroner)/2.En obligationsordre på nul indikerer, at der ikke finder sted nogen binding.Til sammenligning indikerer en bindingsordre på 1 en enkelt binding med henholdsvis 2 og 3, der angiver dobbelt- og tredobbeltbindinger.

Som et meget simpelt eksempel kan bindingen af to hydrogenatomer beskrives med hensyn til molekylær orbital teori.Hvert atom har kun et elektron, normalt i den laveste energi -orbital.Bølgefunktionerne af disse orbitaler tilføjes, hvilket giver en binding og en anti-binding orbital.De to elektroner vil fylde den lavere energibilde-orbital uden elektroner i den anti-bindingsorbital.Obligationsordren er derfor (2 - 0)/2 ' 1, der giver en enkelt obligation.Dette er i overensstemmelse med VB -teori og med observation.

Interaktionen mellem to atomer i det næste element i den periodiske tabel, Helium, giver et andet resultat, da der er to elektroner i et orbital i hvert heliumatom.Når bølgefunktionerne tilsættes, produceres en binding og en anti-bindingsorbital som med brint.Denne gang er der dog fire elektroner involveret.To elektroner vil fylde bindingsorbitalen, og de to andre skal udfylde den højere energibinding af orbital.Obligationsordren denne gang er (2 - 2)/2 ' 0, så ingen binding vil tage placeringe.Igen er dette enig med VB -teori og med observation: helium danner ikke molekyler.

Molekylær orbital teori forudsiger også korrekt dobbelt- og tredobbeltbindinger for henholdsvis ilt- og nitrogenmolekyler.I de fleste tilfælde er MO -teori og valensbindingsteori i overensstemmelse;Imidlertid forklarer førstnævnte bedre molekyler, hvor bindingsordren ligger mellem en enkelt og en dobbeltbinding og molekylernes magnetiske egenskaber.Den største ulempe ved molekylær orbital teori er, at bortset fra meget enkle tilfælde som dem ovenfor er beregningerne meget mere komplicerede.