Orbital molekularny - Polski Serwis Naukowy

Kształt orbitalu wiążącego 1sσ cząsteczki H2

Kształt orbitalu antywiążącego 1sσ* cząsteczki H2

Orbital molekularny (inaczej: cząsteczkowy, skrót: MO) jest funkcją, opisującą stan elektronu w cząsteczce, w ramach teorii orbitali molekularnych. Zwykle przedstawia się go jako kombinację orbitali atomowych – "zwykłych" bądź zhybrydyzowanych.

Wodór cząsteczkowy, wodór dwuatomowy, wodór molekularny (H2) to najprostsza dwuatomowa cząsteczka chemiczna. Składa się z dwóch atomów wodoru. Występuje w dwóch odmianach o nieco innych właściwościach fizycznych (np. o różnym cieple właściwym) jako ortowodór i parawodór różniące się wzajemną orientacją spinów protonów. W ortowodorze spiny skierowane są zgodnie, zaś w parawodorze — przeciwnie. Naturalny wodór molekularny w temperaturze pokojowej stanowi mieszaninę obu odmian (ok. 75% ortowodoru i 25% parawodoru czyli w stosunku 3:1). Przemiana ortowodoru w parawodór jest egzotermiczna i jest katalizowana przez substancje paramagnetyczne. W niskich temperaturach (temperatury poniżej 40 K) udział parawodoru wzrasta aż do 100%.

Rezonans chemiczny to sposób przedstawiania struktury związków chemicznych i innych indywiduów chemicznych za pomocą tzw. struktur granicznych. Faktyczna struktura cząsteczki jest opisywana przez kombinację liniową tych struktur.

Orbitale molekularne dzieli się głównie na:

zlokalizowane, np. H-O w H2O

zdelokalizowane, np. w cząsteczce benzenu C6H6

Jednakże każdą funkcję falową elektronów w cząsteczce można przedstawić jako wyznacznik Slatera orbitali totalnie zdelokalizowanych lub całkiem zlokalizowanych.

Zarówno jedne, jak i drugie mogą być:

Wiązanie π - wiązanie chemiczne powstałe w wyniku nakładania bocznego orbitali atomowych (oprócz s). Kształt tego wiązania wyznacza orbital molekularny π. Przy opisie wiązania π w indeksie dolnym lub po spacji podaje się jakie orbitale tworzą dane wiązanie, np. πd-d, πp-p*, gdzie * oznacza orbital antywiążący.

Hybrydyzacja - w chemii kwantowej to matematyczne przekształcenie funkcji orbitalnych, polegające na "skrzyżowaniu" dwóch lub więcej orbitali atomowych, na skutek czego powstają nowe orbitale, posiadające inny kształt i energię. W istocie hybrydyzacja jest operacją matematyczną ułatwiającą skonstruowanie teorii orbitali walencyjnych, a nie rzeczywistym zjawiskiem fizycznym.

wiążące (stabilizują cząsteczkę)

antywiążące (destablilizują cząsteczkę, są oznaczane gwiazdką [*])

niewiążące (są obojętne przy oznaczaniu trwałości cząsteczki)

Przykłady orbitali molekularnych:

σs-s – wszystkie MO utworzone z orbitali s to wiązania σ

σs-p – wiązanie powstałe przez czołowe nakładanie się orbitali s i p

σs-sp – wiązanie pomiędzy orbitalem s, a hybrydą sp, jak np. w CH4 – metanie

πp-p – wiązanie π może występować tylko z orbitalami innymi niż s, czyli p, d i f.

πp-p* antywiążący orbital π

δ – orbital powstały przez boczne nakładanie się dwóch orbitali d, lub orbitalu d z orbitalem π*, posiada dokładnie dwie płaszczyzny węzłowe zawierające oś wiązania

W wiązaniu σ występuje czołowe nakladanie się orbitali, a w wiązaniach π i δ – boczne.

Orbital – powierzchnia opisana funkcją falową, będącą rozwiązaniem równania Schrödingera dla szczególnego przypadku układu jednego elektronu znajdującego się na jednej z powłok atomowych lub tworzących wiązanie chemiczne.

Wiązanie σ – wiązanie chemiczne powstałe w wyniku nakładania czołowego orbitali atomowych. Kształt wiązania σ wyznacza orbital molekularny σ. Przy opisie wiązania σ w indeksie dolnym lub po spacji podaje się, jakie orbitale tworzą dane wiązanie, np.: σsp-sp, σsp2-sp, σsp3-s, σp-p*, σs-s, gdzie * oznacza orbital antywiążący.