Teoría de Orbitales Moleculares
La teoría de orbitales moleculares describe los electrones en una molécula como ocupando orbitales distribuidos sobre todos los átomos, construidos combinando orbitales atómicos en estados enlazantes y antienlazantes.
Definition
La teoría de orbitales moleculares es un modelo químico-cuántico en el que los electrones ocupan orbitales moleculares, típicamente construidos como combinaciones lineales de orbitales atómicos, que se extienden por toda la molécula y determinan su enlace y propiedades.
Scope
Este tema abarca la descripción de los enlaces mediante orbitales moleculares: la combinación lineal de orbitales atómicos, la formación de orbitales moleculares enlazantes y antienlazantes, y la construcción de configuraciones electrónicas moleculares para determinar el orden de enlace, el comportamiento magnético y la estabilidad. Incluye el tratamiento de moléculas diatómicas y poliatómicas simples, orbitales sigma y pi, la relación entre el solapamiento de orbitales y la energía, y herramientas cualitativas como la simetría orbital y los orbitales frontera. La maquinaria variacional general y el método autoconsistente de Hartree-Fock se tratan en el tema de métodos.
Core questions
- ¿Cómo se construyen los orbitales moleculares como combinaciones de orbitales atómicos?
- ¿Qué distingue a los orbitales enlazantes de los antienlazantes y cómo afectan la estabilidad?
- ¿Cómo se deriva el orden de enlace de la ocupación de los orbitales moleculares?
- ¿Cómo explica la teoría de orbitales moleculares el magnetismo de moléculas como el oxígeno?
Key concepts
- Combinación lineal de orbitales atómicos
- Orbitales enlazantes y antienlazantes
- Orden de enlace
- Orbitales sigma y pi
- Orbitales frontera (HOMO y LUMO)
Key theories
- Construcción LCAO de orbitales moleculares
- Los orbitales moleculares se aproximan como sumas ponderadas de orbitales atómicos; las combinaciones constructivas concentran la densidad electrónica entre los núcleos para dar orbitales enlazantes, mientras que las combinaciones destructivas crean nodos y orbitales antienlazantes.
- Llenado de Aufbau y orden de enlace
- El llenado de los orbitales moleculares en orden de energía creciente según el principio de Pauli y la regla de Hund proporciona la configuración electrónica, de la cual se derivan el orden de enlace, el número neto de pares de electrones enlazantes y las propiedades magnéticas.
Clinical relevance
La teoría de orbitales moleculares explica las fuerzas de enlace, los colores, el magnetismo y la reactividad, sustenta el razonamiento de orbitales frontera sobre la selectividad de las reacciones y guía el diseño de colorantes, semiconductores, materiales fotovoltaicos y moléculas de fármacos conjugados.
History
La teoría de orbitales moleculares fue desarrollada por Hund y Mulliken a partir de finales de la década de 1920 como una alternativa a la teoría de enlace de valencia de Pauling; el tratamiento de Hückel de los sistemas pi conjugados en la década de 1930 y las ideas posteriores de orbitales frontera de Fukui y las reglas de Woodward-Hoffmann la hicieron central para comprender la reactividad.
Key figures
- Robert S. Mulliken
- Friedrich Hund
- Erich Huckel
Related topics
Seminal works
- mcquarrie1997
- levinequantum2014
Frequently asked questions
- ¿Por qué la teoría de orbitales moleculares predice que el oxígeno es magnético?
- El llenado de los orbitales moleculares de la molécula de oxígeno deja dos electrones desapareados en orbitales pi antienlazantes degenerados, lo que la hace paramagnética; este éxito, que las representaciones simples de pares de electrones no logran explicar, fue un triunfo temprano de la teoría.
- ¿Qué son HOMO y LUMO, y por qué son importantes?
- Son los orbitales moleculares ocupados de mayor energía y los orbitales moleculares desocupados de menor energía, respectivamente; dado que las reacciones y las excitaciones electrónicas suelen involucrar estos orbitales frontera, sus energías y formas influyen fuertemente en la reactividad, el color y el comportamiento electrónico de una molécula.