پیوندهای شیمیایی و اوربیتالهای مولکولی
پیوندهای شیمیایی نحوه نگه داشتن اتمها توسط الکترونهای مشترک در مولکولها را توصیف میکند و نظریه اوربیتال مولکولی با ترکیب اوربیتالهای اتمی در اوربیتالهای مولکولی غیرمتمرکز، این پدیده را توضیح میدهد.
Definition
پیوند شیمیایی، برهمکنش جاذبه خالص است که اتمها را در یک مولکول کنار هم نگه میدارد و از نظر مکانیک کوانتومی از کاهش انرژی الکترونیکی هنگام اشتراک الکترونها ناشی میشود؛ اوربیتال مولکولی یک تابع موج تکالکترونی است که بر کل مولکول گسترش مییابد و معمولاً به عنوان ترکیبی خطی از اوربیتالهای اتمی ساخته میشود.
Scope
این موضوع به توصیف مکانیک کوانتومی پیوند شیمیایی میپردازد: یون مولکول هیدروژن و مولکول هیدروژن به عنوان نمونههای اولیه، ساختار اوربیتالهای مولکولی پیوندی و ضدپیوندی با ترکیب خطی اوربیتالهای اتمی، مرتبه پیوند و ارتباط آن با پایداری، و تصویر مکمل پیوند ظرفیت با هیبریداسیون. این مبحث پیوند کووالانسی، اشتراک الکترونها، و روندهای قدرت پیوند و مغناطیسپذیری در مولکولهای دواتمی را توضیح میدهد.
Core questions
- چرا اشتراک الکترونها انرژی دو اتم را کاهش داده و پیوند تشکیل میدهد؟
- اوربیتالهای مولکولی چگونه از اوربیتالهای اتمی ساخته میشوند؟
- چه چیزی اوربیتالهای پیوندی را از اوربیتالهای ضدپیوندی متمایز میکند و مرتبه پیوند چیست؟
- توصیفهای اوربیتال مولکولی و پیوند ظرفیت چه ارتباطی با هم دارند؟
Key concepts
- پیوند کووالانسی و اشتراک الکترون
- اوربیتالهای پیوندی و ضدپیوندی
- ترکیب خطی اوربیتالهای اتمی
- مرتبه پیوند
- برهمکنش تبادلی
- هیبریداسیون و رزونانس
Key theories
- نظریه اوربیتال مولکولی (LCAO)
- ترکیب اوربیتالهای اتمی در فاز، یک اوربیتال مولکولی پیوندی با چگالی الکترونی افزایشیافته بین هستهها ایجاد میکند، و ترکیب خارج از فاز، یک اوربیتال ضدپیوندی با انرژی بالاتر و یک گره ایجاد میکند؛ پر کردن این اوربیتالها مرتبه پیوند و پایداری مولکولی را تعیین میکند.
- نظریه پیوند ظرفیت و پیوند کووالانسی
- هایتلر و لندن به صورت مکانیک کوانتومی نشان دادند که دو اتم هیدروژن از طریق برهمکنش تبادلی الکترونهایشان به هم متصل میشوند، که اساس تصویر پیوند ظرفیت است که بعدها توسط پاولینگ با هیبریداسیون و رزونانس گسترش یافت.
Clinical relevance
نظریههای اوربیتال مولکولی و پیوند ظرفیت، هندسه، پایداری، واکنشپذیری، و خواص مغناطیسی و نوری مولکولها را توضیح داده و پیشبینی میکنند، و زبان مفهومی شیمی و اساس روشهای محاسباتی مورد استفاده در کشف دارو و طراحی مواد را فراهم میآورند.
History
بررسی مولکول هیدروژن توسط هایتلر و لندن در سال ۱۹۲۷ اولین توضیح مکانیک کوانتومی پیوند کووالانسی بود. مولیکن و هوند رویکرد اوربیتال مولکولی را به موازات آن توسعه دادند، و کتاب «ماهیت پیوند شیمیایی» پاولینگ در سال ۱۹۳۹، ایدههای پیوند ظرفیت را با هیبریداسیون و الکترونگاتیویته در چارچوبی ترکیب کرد که شیمی را متحول ساخت.
Key figures
- Walter Heitler
- Fritz London
- Robert Mulliken
- Linus Pauling
Related topics
Seminal works
- heitler1927
- pauling1939
- atkins2011
Frequently asked questions
- مرتبه پیوند چیست؟
- مرتبه پیوند نصف تفاوت بین تعداد الکترونها در اوربیتالهای مولکولی پیوندی و ضدپیوندی است. مرتبه پیوند بالاتر با پیوندی قویتر و کوتاهتر مطابقت دارد؛ مرتبه پیوند صفر به معنای عدم تشکیل پیوند پایدار است، مانند مورد دو اتم هلیوم.
- چرا اکسیژن مولکولی پارامغناطیس است؟
- نظریه اوربیتال مولکولی دو الکترون با بالاترین انرژی O₂ را در اوربیتالهای ضدپیوندی تباهیده جداگانه با اسپینهای موازی قرار میدهد و دو الکترون جفتنشده باقی میگذارد. این امر O₂ را پارامغناطیس میکند، نتیجهای که تصویر ساده پیوند ظرفیت به طور طبیعی آن را پیشبینی نمیکند.