ทฤษฎี MO ของโมเลกุลอนินทรีย์

ทฤษฎีออร์บิทัลเชิงโมเลกุลที่อิงตามสมมาตรสร้างพันธะของโมเลกุลอนินทรีย์และสารเชิงซ้อนโดยการรวมออร์บิทัลของโลหะเข้ากับชุดออร์บิทัลของลิแกนด์ที่ปรับตามสมมาตรซึ่งมีสมมาตรตรงกัน

Definition

ทฤษฎี MO ของโมเลกุลอนินทรีย์คือการประยุกต์ใช้สมมาตรและทฤษฎีออร์บิทัลเชิงโมเลกุลเพื่อสร้างออร์บิทัลที่มีพันธะ, ไม่มีพันธะ, และต้านพันธะของโมเลกุลอนินทรีย์และสารเชิงซ้อนจากออร์บิทัลของโลหะและออร์บิทัลของลิแกนด์ที่ปรับตามสมมาตร

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการสร้างและการตีความแผนภาพออร์บิทัลเชิงโมเลกุลสำหรับโมเลกุลอนินทรีย์และสารเชิงซ้อนโคออร์ดิเนชันโดยใช้ทฤษฎีกลุ่ม: การสร้างออร์บิทัลกลุ่มลิแกนด์ในรูปของการรวมเชิงเส้นที่ปรับตามสมมาตร, การจับคู่ออร์บิทัลเหล่านี้กับออร์บิทัล s, p, และ d ของโลหะที่มีสมมาตรเดียวกัน, การสร้างแผนภาพพันธะซิกมาและไพสำหรับรูปทรงแปดหน้าและรูปทรงเรขาคณิตอื่นๆ, และการกู้คืนการแยกสนามลิแกนด์เป็นผลลัพธ์ของออร์บิทัลเชิงโมเลกุล โดยนำทฤษฎีการเป็นตัวแทนจากหัวข้อก่อนหน้ามาประยุกต์ใช้กับการสร้างพันธะ

Core questions

• ออร์บิทัลกลุ่มลิแกนด์ถูกสร้างขึ้นและจับคู่กับออร์บิทัลของโลหะได้อย่างไร?
• แผนภาพออร์บิทัลเชิงโมเลกุลของสารเชิงซ้อนแปดหน้าเกิดขึ้นได้อย่างไร?
• ภาพออร์บิทัลเชิงโมเลกุลกู้คืนการแยกสนามลิแกนด์ได้อย่างไร?
• ลิแกนด์ชนิดให้ไพ (pi-donor) และรับไพ (pi-acceptor) เปลี่ยนแปลงแผนภาพได้อย่างไร?

Key concepts

• ออร์บิทัลกลุ่มลิแกนด์
• การจับคู่สมมาตรของออร์บิทัล
• พันธะซิกมาและไพในสารเชิงซ้อน
• แผนภาพออร์บิทัลเชิงโมเลกุล
• การกู้คืนการแยกสนามลิแกนด์
• ผลกระทบของลิแกนด์ชนิดให้ไพและรับไพ

Key theories

ออร์บิทัลกลุ่มลิแกนด์และการจับคู่สมมาตร

ออร์บิทัลของลิแกนด์จะถูกรวมกันเป็นออร์บิทัลกลุ่มที่ปรับตามสมมาตรซึ่งเปลี่ยนรูปเป็นการเป็นตัวแทนที่ลดทอนไม่ได้ (irreducible representations); เฉพาะออร์บิทัลของโลหะที่มีสมมาตรเดียวกันเท่านั้นที่สามารถทำปฏิกิริยากับออร์บิทัลเหล่านี้ได้ ซึ่งกำหนดรูปแบบการสร้างพันธะ

มุมมองออร์บิทัลเชิงโมเลกุลของสารเชิงซ้อน

การสร้างแผนภาพสำหรับสารเชิงซ้อนแปดหน้าจะวางออร์บิทัล eg ของโลหะไว้ในการรวมแบบซิกมา-ต้านพันธะ และออร์บิทัล t2g เป็นแบบไม่มีพันธะ (หรือมีอันตรกิริยาแบบไพ) ซึ่งเป็นการจำลองการแยกออร์บิทัล d ของทฤษฎีสนามลิแกนด์จากออร์บิทัลเชิงโมเลกุล

พันธะไพและอนุกรมสเปกโทรเคมี

การรวมออร์บิทัลไพของลิแกนด์แสดงให้เห็นว่าลิแกนด์ชนิดให้ไพจะเพิ่มระดับพลังงานของชุด t2g และลดการแยกพลังงานลง ในขณะที่ลิแกนด์ชนิดรับไพจะลดระดับพลังงานและเพิ่มการแยกพลังงาน ซึ่งให้เหตุผลเชิงออร์บิทัลเชิงโมเลกุลสำหรับอนุกรมสเปกโทรเคมี

Clinical relevance

แผนภาพออร์บิทัลเชิงโมเลกุลอธิบายพันธะ, สภาพแม่เหล็ก, สี, และปฏิกิริยาของโมเลกุลอนินทรีย์และสารเชิงซ้อน และเป็นพื้นฐานสำหรับการตีความสเปกตรัมของสารเหล่านี้อย่างมีเหตุผลและการออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาและวัสดุ

History

ทฤษฎีออร์บิทัลเชิงโมเลกุลซึ่งพัฒนาโดย Mulliken และนักวิทยาศาสตร์ท่านอื่นๆ ได้รับการขยายไปสู่โมเลกุลอนินทรีย์และสารเชิงซ้อนในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 เมื่อมีการใช้วิธีการสมมาตรเพื่อสร้างแผนภาพออร์บิทัลเชิงโมเลกุลของสนามลิแกนด์ ผลงานของ Gray, Hoffmann และนักวิทยาศาสตร์ท่านอื่นๆ ทำให้แผนภาพเหล่านี้กลายเป็นคำอธิบายมาตรฐานของพันธะอนินทรีย์

Key figures

• Robert Mulliken
• Harry Gray
• Roald Hoffmann

Seminal works

• cottongrouptheory1990
• weller2018
• albright2013

Frequently asked questions

ทฤษฎีออร์บิทัลเชิงโมเลกุลปรับปรุงทฤษฎีสนามผลึกสำหรับสารเชิงซ้อนได้อย่างไร?

ทฤษฎีสนามผลึกถือว่าลิแกนด์เป็นประจุจุดและละเลยความเป็นโคเวเลนต์ ในขณะที่ทฤษฎีออร์บิทัลเชิงโมเลกุลผสมออร์บิทัลของโลหะและลิแกนด์อย่างชัดเจน; มันจำลองการแยกออร์บิทัล d แบบเดียวกัน แต่ยังอธิบายผลกระทบของโคเวเลนต์, พันธะไพ, และอนุกรมสเปกโทรเคมีด้วย

ออร์บิทัลกลุ่มลิแกนด์คืออะไร?

ออร์บิทัลกลุ่มลิแกนด์คือการรวมเชิงเส้นที่ปรับตามสมมาตรของออร์บิทัลลิแกนด์แต่ละตัวซึ่งเปลี่ยนรูปเป็นการเป็นตัวแทนที่ลดทอนไม่ได้ของสารเชิงซ้อน เพื่อให้สามารถจับคู่กับออร์บิทัลของโลหะที่มีสมมาตรเดียวกันเพื่อสร้างออร์บิทัลเชิงโมเลกุลได้