Théorie des orbitales moléculaires
La théorie des orbitales moléculaires décrit les électrons dans une molécule comme occupant des orbitales réparties sur tous les atomes, construites en combinant des orbitales atomiques en états liants et antiliants.
Definition
La théorie des orbitales moléculaires est un modèle de chimie quantique dans lequel les électrons occupent des orbitales moléculaires, généralement construites comme des combinaisons linéaires d'orbitales atomiques, qui s'étendent sur l'ensemble de la molécule et déterminent sa liaison et ses propriétés.
Scope
Ce sujet couvre la description de la liaison par les orbitales moléculaires : la combinaison linéaire d'orbitales atomiques, la formation d'orbitales moléculaires liantes et antiliantes, et la construction des configurations électroniques moléculaires pour déterminer l'ordre de liaison, le comportement magnétique et la stabilité. Il inclut le traitement des molécules diatomiques et polyatomiques simples, des orbitales sigma et pi, la relation entre le recouvrement des orbitales et l'énergie, et des outils qualitatifs tels que la symétrie des orbitales et les orbitales frontières. Les mécanismes variationnels généraux et la méthode auto-cohérente de Hartree-Fock sont traités dans le sujet des méthodes.
Core questions
- Comment les orbitales moléculaires sont-elles construites comme des combinaisons d'orbitales atomiques ?
- Qu'est-ce qui distingue les orbitales liantes des orbitales antiliantes, et comment affectent-elles la stabilité ?
- Comment l'ordre de liaison découle-t-il de l'occupation des orbitales moléculaires ?
- Comment la théorie des orbitales moléculaires explique-t-elle le magnétisme de molécules telles que l'oxygène ?
Key concepts
- Combinaison linéaire d'orbitales atomiques
- Orbitales liantes et antiliantes
- Ordre de liaison
- Orbitales sigma et pi
- Orbitales frontières (HOMO et LUMO)
Key theories
- Construction des orbitales moléculaires par LCAO
- Les orbitales moléculaires sont approximées comme des sommes pondérées d'orbitales atomiques ; les combinaisons constructives concentrent la densité électronique entre les noyaux pour donner des orbitales liantes, tandis que les combinaisons destructives créent des nœuds et des orbitales antiliantes.
- Remplissage selon le principe d'Aufbau et ordre de liaison
- Le remplissage des orbitales moléculaires par ordre d'énergie croissante selon le principe de Pauli et la règle de Hund donne la configuration électronique, d'où découlent l'ordre de liaison, le nombre net de paires d'électrons liantes et les propriétés magnétiques.
Clinical relevance
La théorie des orbitales moléculaires explique les forces de liaison, les couleurs, le magnétisme et la réactivité, sous-tend le raisonnement basé sur les orbitales frontières concernant la sélectivité des réactions, et guide la conception de colorants, de semi-conducteurs, de matériaux photovoltaïques et de molécules médicamenteuses conjuguées.
History
La théorie des orbitales moléculaires a été développée par Hund et Mulliken à partir de la fin des années 1920 comme alternative à la théorie de la liaison de valence de Pauling ; le traitement des systèmes pi conjugués par Hückel dans les années 1930 et les idées ultérieures d'orbitales frontières de Fukui et les règles de Woodward-Hoffmann l'ont rendue centrale pour la compréhension de la réactivité.
Key figures
- Robert S. Mulliken
- Friedrich Hund
- Erich Huckel
Related topics
Seminal works
- mcquarrie1997
- levinequantum2014
Frequently asked questions
- Pourquoi la théorie des orbitales moléculaires prédit-elle que l'oxygène est magnétique ?
- Le remplissage des orbitales moléculaires de la molécule d'oxygène laisse deux électrons non appariés dans des orbitales pi antiliantes dégénérées, ce qui la rend paramagnétique ; ce succès, que les représentations simples par paires d'électrons ne parviennent pas à expliquer, fut un des premiers triomphes de la théorie.
- Que sont les HOMO et LUMO, et pourquoi sont-elles importantes ?
- Ce sont les orbitales moléculaires occupées les plus hautes et les orbitales moléculaires inoccupées les plus basses ; étant donné que les réactions et les excitations électroniques impliquent généralement ces orbitales frontières, leurs énergies et leurs formes influencent fortement la réactivité, la couleur et le comportement électronique d'une molécule.