MO-teori för oorganiska molekyler

Symmetribaserad molekylorbitalteori bygger upp bindningen i oorganiska molekyler och komplex genom att kombinera metallorbitaler med symmetrianpassade ligandkombinationer av matchande symmetri.

Definition

MO-teori för oorganiska molekyler är tillämpningen av symmetri- och molekylorbitalteori för att konstruera de bindande, icke-bindande och antibindande orbitalerna i oorganiska molekyler och komplex från metall- och symmetrianpassade ligandorbitaler.

Scope

Detta ämne behandlar konstruktion och tolkning av molekylorbitaldiagram för oorganiska molekyler och koordinationskomplex med hjälp av gruppteori: bildande av ligandgrupps-orbitaler som symmetrianpassade linjära kombinationer, matchning av dessa med metallens s-, p- och d-orbitaler av samma symmetri, uppbyggnad av sigma- och pi-bindningsdiagram för oktaedriska och andra geometrier, samt återhämtning av liggfältsuppdelningen som ett molekylorbitalresultat. Den tillämpar representationsteorin från tidigare ämnen på bindning.

Core questions

• Hur bildas ligandgrupps-orbitaler och hur matchas de med metallorbitaler?
• Hur uppstår ett molekylorbitaldiagram för ett oktaedriskt komplex?
• Hur återhämtar molekylorbitalbilden liggfältsuppdelningen?
• Hur förändrar pi-donator- och pi-acceptorligander diagrammet?

Key concepts

• Ligandgrupps-orbitaler
• Symmetrimatchning av orbitaler
• Sigma- och pi-bindning i komplex
• Molekylorbitaldiagram
• Återhämtning av liggfältsuppdelning
• Pi-donator- och pi-acceptoreffekter

Key theories

Ligandgrupps-orbitaler och symmetrimatchning

Ligandorbitaler kombineras till symmetrianpassade grupporbitaler som transformeras som irreducibla representationer; endast metallorbitaler av samma symmetri kan interagera med dem, vilket dikterar bindningsmönstret.

Molekylorbitalbild av komplex

Att bygga diagrammet för ett oktaedriskt komplex placerar metallens eg-orbitaler i sigma-antibindande kombinationer och t2g-orbitalerna som icke-bindande (eller pi-interagerande), vilket reproducerar d-orbitaluppdelningen från liggfältsteorin från molekylorbitaler.

Pi-bindning och den spektrokemiska serien

Inkludering av ligandens pi-orbitaler visar att pi-donatorligander höjer t2g-uppsättningen och minskar uppdelningen medan pi-acceptorligander sänker den och ökar uppdelningen, vilket ger en molekylorbitalförklaring till den spektrokemiska serien.

Clinical relevance

Molekylorbitaldiagram förklarar bindningen, magnetismen, färgen och reaktiviteten hos oorganiska molekyler och komplex och ligger till grund för den rationella tolkningen av deras spektra och designen av katalysatorer och material.

History

Molekylorbitalteorin, utvecklad av Mulliken och andra, utvidgades till oorganiska molekyler och komplex i mitten av 1900-talet, då symmetrimetoder användes för att konstruera liggfälts-molekylorbitaldiagram. Arbetet av Gray, Hoffmann och andra gjorde dessa diagram till en standardbeskrivning av oorganisk bindning.

Key figures

• Robert Mulliken
• Harry Gray
• Roald Hoffmann

Seminal works

• cottongrouptheory1990
• weller2018
• albright2013

Frequently asked questions

Hur förbättrar molekylorbitalteorin kristallfältsteorin för komplex?

Kristallfältsteorin behandlar ligander som punktladdningar och ignorerar kovalens, medan molekylorbitalteorin explicit blandar metall- och ligandorbitaler; den reproducerar samma d-orbitaluppdelning men förklarar också kovalenta effekter, pi-bindning och den spektrokemiska serien.

Vad är en ligandgrupps-orbital?

En ligandgrupps-orbital är en symmetrianpassad linjär kombination av de individuella ligandorbitalerna som transformeras som en av komplexets irreducibla representationer, så att den kan matchas med en metallorbital av samma symmetri för att bilda molekylorbitaler.