نظریه اوربیتال مولکولی

نظریه اوربیتال مولکولی الکترون‌ها را در یک مولکول به گونه‌ای توصیف می‌کند که اوربیتال‌هایی را اشغال می‌کنند که در تمام اتم‌ها گسترده شده‌اند و با ترکیب اوربیتال‌های اتمی در حالت‌های پیوندی و ضدپیوندی ساخته می‌شوند.

Definition

نظریه اوربیتال مولکولی یک مدل کوانتومی-شیمیایی است که در آن الکترون‌ها اوربیتال‌های مولکولی را اشغال می‌کنند، که معمولاً به عنوان ترکیبات خطی اوربیتال‌های اتمی ساخته می‌شوند، و در سراسر مولکول گسترش یافته و پیوند و خواص آن را تعیین می‌کنند.

Scope

این موضوع به توصیف اوربیتال مولکولی پیوند می‌پردازد: ترکیب خطی اوربیتال‌های اتمی، تشکیل اوربیتال‌های مولکولی پیوندی و ضدپیوندی، و ساختار پیکربندی الکترونی مولکولی برای تعیین مرتبه پیوند، رفتار مغناطیسی و پایداری. این شامل بررسی مولکول‌های دواتمی و چنداتمی ساده، اوربیتال‌های سیگما و پی، رابطه بین همپوشانی اوربیتالی و انرژی، و ابزارهای کیفی مانند تقارن اوربیتالی و اوربیتال‌های مرزی است. مکانیسم کلی تغییرات و روش خودسازگار هارتری-فاک در مبحث روش‌ها بررسی می‌شود.

Core questions

• اوربیتال‌های مولکولی چگونه به عنوان ترکیبی از اوربیتال‌های اتمی ساخته می‌شوند؟
• چه چیزی اوربیتال‌های پیوندی را از اوربیتال‌های ضدپیوندی متمایز می‌کند و چگونه بر پایداری تأثیر می‌گذارند؟
• مرتبه پیوند چگونه از اشغال اوربیتال‌های مولکولی پیروی می‌کند؟
• نظریه اوربیتال مولکولی چگونه مغناطیس مولکول‌هایی مانند اکسیژن را توضیح می‌دهد؟

Key concepts

• ترکیب خطی اوربیتال‌های اتمی
• اوربیتال‌های پیوندی و ضدپیوندی
• مرتبه پیوند
• اوربیتال‌های سیگما و پی
• اوربیتال‌های مرزی (HOMO و LUMO)

Key theories

ساخت اوربیتال‌های مولکولی LCAO

اوربیتال‌های مولکولی به عنوان مجموع وزنی اوربیتال‌های اتمی تقریب زده می‌شوند؛ ترکیبات سازنده چگالی الکترون را بین هسته‌ها متمرکز می‌کنند تا اوربیتال‌های پیوندی را ایجاد کنند، در حالی که ترکیبات مخرب گره‌ها و اوربیتال‌های ضدپیوندی را ایجاد می‌کنند.

پر شدن آفبا و مرتبه پیوند

پر کردن اوربیتال‌های مولکولی به ترتیب افزایش انرژی طبق اصل پائولی و قاعده هوند، پیکربندی الکترونی را می‌دهد که از آن مرتبه پیوند، تعداد خالص جفت الکترون‌های پیوندی و خواص مغناطیسی به دست می‌آید.

Clinical relevance

نظریه اوربیتال مولکولی استحکام پیوندها، رنگ‌ها، مغناطیس و واکنش‌پذیری را توضیح می‌دهد، اساس استدلال اوربیتال مرزی در مورد گزینش‌پذیری واکنش را تشکیل می‌دهد و طراحی رنگ‌ها، نیمه‌رساناها، مواد فتوولتائیک و مولکول‌های دارویی مزدوج را هدایت می‌کند.

History

نظریه اوربیتال مولکولی توسط هوند و مولیکن از اواخر دهه ۱۹۲۰ به عنوان جایگزینی برای نظریه پیوند ظرفیت پاولینگ توسعه یافت؛ بررسی هوکل از سیستم‌های پی مزدوج در دهه ۱۹۳۰ و ایده‌های بعدی اوربیتال مرزی فوکویی و قواعد وودوارد-هافمن آن را برای درک واکنش‌پذیری محوری ساخت.

Key figures

• Robert S. Mulliken
• Friedrich Hund
• Erich Huckel

Seminal works

• mcquarrie1997
• levinequantum2014

Frequently asked questions

چرا نظریه اوربیتال مولکولی پیش‌بینی می‌کند که اکسیژن مغناطیسی است؟

پر کردن اوربیتال‌های مولکولی مولکول اکسیژن دو الکترون جفت‌نشده را در اوربیتال‌های پی ضدپیوندی تبهگن باقی می‌گذارد که آن را پارامغناطیس می‌کند؛ این موفقیت، که تصاویر ساده جفت الکترون آن را نادیده می‌گیرند، یک پیروزی اولیه برای این نظریه بود.

HOMO و LUMO چه هستند و چرا اهمیت دارند؟

آنها بالاترین اوربیتال مولکولی اشغال‌شده و پایین‌ترین اوربیتال مولکولی اشغال‌نشده هستند؛ از آنجا که واکنش‌ها و تحریکات الکترونیکی معمولاً این اوربیتال‌های مرزی را درگیر می‌کنند، انرژی‌ها و اشکال آنها به شدت بر واکنش‌پذیری، رنگ و رفتار الکترونیکی یک مولکول تأثیر می‌گذارند.