نظرية المدارات الجزيئية
تصف نظرية المدارات الجزيئية الإلكترونات في الجزيء بأنها تشغل مدارات تنتشر على جميع الذرات، وتُبنى عن طريق دمج المدارات الذرية في حالات ترابطية ومضادة للترابط.
Definition
نظرية المدارات الجزيئية هي نموذج كيميائي كمي تشغل فيه الإلكترونات مدارات جزيئية، تُبنى عادةً كتوليفات خطية من المدارات الذرية، وتمتد على الجزيء بأكمله وتحدد ترابطه وخصائصه.
Scope
يغطي هذا الموضوع الوصف المداري الجزيئي للترابط: التوليف الخطي للمدارات الذرية، وتكوين المدارات الجزيئية الترابطية والمضادة للترابط، وبناء التوزيعات الإلكترونية الجزيئية لإعطاء رتبة الرابطة، والسلوك المغناطيسي، والاستقرار. ويشمل معالجة الجزيئات ثنائية الذرة والجزيئات متعددة الذرات البسيطة، ومدارات سيجما وباي، والعلاقة بين تداخل المدارات والطاقة، والأدوات النوعية مثل تناظر المدارات والمدارات الحدودية. وتُعالج الآلية التباينية العامة وطريقة هارتري-فوك ذاتية الاتساق في موضوع الطرق.
Core questions
- كيف تُبنى المدارات الجزيئية كتوليفات من المدارات الذرية؟
- ما الذي يميز المدارات الترابطية عن المدارات المضادة للترابط، وكيف تؤثر على الاستقرار؟
- كيف تتبع رتبة الرابطة من شغل المدارات الجزيئية؟
- كيف تفسر نظرية المدارات الجزيئية مغناطيسية جزيئات مثل الأكسجين؟
Key concepts
- التوليف الخطي للمدارات الذرية
- المدارات الترابطية والمضادة للترابط
- رتبة الرابطة
- مدارات سيجما وباي
- المدارات الحدودية (HOMO و LUMO)
Key theories
- بناء المدارات الجزيئية بطريقة LCAO
- تُقرب المدارات الجزيئية كمجموع مرجح للمدارات الذرية؛ فالتوليفات البناءة تركز الكثافة الإلكترونية بين النوى لتعطي مدارات ترابطية، بينما تخلق التوليفات الهدامة عقدًا ومدارات مضادة للترابط.
- ملء أوفباو ورتبة الرابطة
- ملء المدارات الجزيئية بترتيب زيادة الطاقة وفقًا لمبدأ باولي وقاعدة هوند يعطي التوزيع الإلكتروني، والذي منه تتبع رتبة الرابطة، والعدد الصافي لأزواج الإلكترونات الترابطية، والخصائص المغناطيسية.
Clinical relevance
تفسر نظرية المدارات الجزيئية قوى الروابط، والألوان، والمغناطيسية، والفعالية الكيميائية، وتكمن وراء الاستدلال بالمدارات الحدودية حول انتقائية التفاعل، وتوجه تصميم الأصباغ، وأشباه الموصلات، والمواد الكهروضوئية، والجزيئات الدوائية المترافقة.
History
تطورت نظرية المدارات الجزيئية على يد هوند وموليكن منذ أواخر عشرينيات القرن الماضي كبديل لنظرية رابطة التكافؤ لباولينغ؛ وقد جعلت معالجة هوكل لأنظمة باي المترافقة في ثلاثينيات القرن الماضي وأفكار المدارات الحدودية اللاحقة لفوكوي وقواعد وودوارد-هوفمان هذه النظرية مركزية لفهم الفعالية الكيميائية.
Key figures
- Robert S. Mulliken
- Friedrich Hund
- Erich Huckel
Related topics
Seminal works
- mcquarrie1997
- levinequantum2014
Frequently asked questions
- لماذا تتنبأ نظرية المدارات الجزيئية بأن الأكسجين مغناطيسي؟
- يترك ملء المدارات الجزيئية لجزيء الأكسجين إلكترونين غير مقترنين في مدارات باي مضادة للترابط متدهورة، مما يجعله بارامغناطيسيًا؛ وكان هذا النجاح، الذي تفوته صور أزواج الإلكترونات البسيطة، انتصارًا مبكرًا للنظرية.
- ما هي HOMO و LUMO، ولماذا هي مهمة؟
- هما أعلى المدارات الجزيئية المشغولة وأدنى المدارات الجزيئية غير المشغولة؛ ولأن التفاعلات والإثارات الإلكترونية عادةً ما تشمل هذه المدارات الحدودية، فإن طاقاتها وأشكالها تؤثر بقوة على فعالية الجزيء، ولونه، وسلوكه الإلكتروني.