Vad är den molekylära orbitalteorin?

Molekylär orbitalteori, eller Mo Theory, är en metod för att förklara bindning mellan atomer när det gäller elektroner som sprids ut 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, kan atomorbitalerna i bindningselektronerna producera molekylära orbitaler med liknande regler för elektronernas antal och snurr..I stället för att ockupera en bestämd punkt i rymden vid en given tidpunkt sprids en elektron över alla dess möjliga platser runt atomkärnan och dess position kan endast uttryckas i sannolikhet.En ekvation utvecklad 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 vågfunktionen ger både positiva och negativa värden, känd som faser, två, tvåMolekylära orbitaler produceras.I det första tillsätts atomorbitalerna i fas mdash;Positiv-till-positiv och negativ-till-negativ.Den andra typen är en där de är ur fas mdash;negativ-till-positiv och positiv-till-negativ.

i fasens tillägg ger en molekylär orbital med elektrondensiteten koncentrerad i utrymmet mellan kärnorna, vilket förenar dem närmare och resulterar i en konfiguration vid en lägre energi än de tvåOriginalatomiska orbitaler kombinerade.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 anti-bindande omloppsbana.Elektroner från de atomiska orbitalerna som är involverade i bindning föredrar att fylla de lägre energibindningsmolekylära orbitalerna.

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

Som ett mycket enkelt exempel kan bindningen av två väteatomer 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 omlopp 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 kommer att behöva fylla den högre energibindande omloppet.Bondordern den här gången är (2 - 2)/2 ' 0, så ingen bindning kommer att ta platse.Återigen överensstämmer detta med VB -teorin och med observation: Helium bildar inte molekyler.

Molekylär orbitalteori förutspår också korrekt dubbla och tredubbla bindningar för syre- och kvävemolekyler.I de flesta fall är Mo Theory och Valence Bonding Theory i överensstämmelse;Den förra förklarar emellertid bättre molekyler där bindningsordningen ligger mellan en enda och en dubbelbindning och de magnetiska egenskaperna hos molekyler.Den största nackdelen med molekylär orbital teori är att, med undantag för mycket enkla fall som ovan, är beräkningarna mycket mer komplicerade.