En la química, un orbitario molecular es una región en la cual un electrón se puede encontrar en una molécula . El MOS se introduce en modelos cualitativos e ilustrados del enlace en moléculas, y especifica la distribución y la energía espacial de uno (o un par) de electrones. Más exacto, se encuentran cuantitativo como funciones de onda, soluciones matemáticas a la ecuación de onda de Schrödinger para una molécula, usar una aproximación conocida como el Hartree-Fock o método de campo homogéneo.
Descripción
Un orbitario molecular especifica la distribución y la energía espaciales un (o un par de) electrones. Un MES se representa lo más comúnmente posible como combinación linear de los orbitarios atómicos (el método de LCAO-MO), especialmente en uso cualitativo o muy aproximado. Son inestimables en el abastecimiento de un modelo simple del enlace en moléculas.La mayoría de los métodos en la química de cómputo comienzan hoy calculando el MOS del sistema. Un orbitario molecular describe el comportamiento de un electrón en el campo eléctrico generado por los núcleos y una cierta distribución media de los otros electrones. En el caso de dos electrones que ocupan el mismo orbitario, el principio de Pauli exige que tienen enfrente de vuelta. Esto es necesario una aproximación, y las descripciones alto exactas de la función de onda electrónica molecular no tienen orbitarios (véase la interacción de la configuración).
Discusión cualitativa
Para un impreciso, pero cualitativo útil, la discusión de la estructura molecular, los orbitarios moleculares se puede obtener del " Combinación linear de " del método del orbitario molecular de los orbitarios atómicos; Ansatz . En este acercamiento, los orbitarios moleculares se expresan como combinaciones lineares de los orbitarios atómicos
Los orbitarios moleculares primero fueron introducidos por el Friedrich Hund y el Roberto S. Mulliken en 1927 y 1928. La combinación linear de aproximación de los orbitarios atómicos para los orbitarios moleculares fue introducida en 1929 por sir Juan Lennard-Jones . Su papel innovador demostró cómo derivar la estructura electrónica del flúor y de las moléculas del oxígeno de principios de quántum. Este acercamiento cualitativo a la teoría del orbitario molecular es parte del comienzo de la química moderna del quántum.
Algunas características:
El número de orbitarios moleculares es igual al número que los orbitarios atómicos incluyeron en la extensión linear,
Si la molécula tiene cierta simetría, los orbitarios atómicos degenerados (con la misma energía atómica) se agrupan en las combinaciones lineares (llamadas los orbitarios atómicos adaptados simetría del (TAN) ) que pertenecen a la representación del grupo de la simetría, tan las funciones de onda que que describen a grupo se conocen como combinaciones lineares simetría-adaptadas ( SALC ).
El número de orbitarios moleculares que pertenecen a una representación de grupo es igual al número de orbitarios atómicos adaptados simetría que pertenecen a esta representación,
Dentro de una representación particular, la simetría adaptada los orbitarios atómicos mezcla más si su nivel de energía atómico está más cercano.
Ejemplos
H2
Como un ejemplo simple considera la molécula del hidrógeno, H2, con los dos átomos etiquetados H y H". Los orbitarios atómicos de la bajo-energía, 1s' y 1s", no transformar según las simetrías de la molécula. Sin embargo, los orbitarios atómicos adaptados simetría siguiente hacen:
He2
Por una parte, considerar la molécula hipotética de He2 con los átomos etiquetados He y He". Una vez más los orbitarios atómicos de la bajo-energía, 1s' y 1s", no transformar según las simetrías de la molécula, mientras que lo hacen los orbitarios atómicos adaptados simetría siguiente:
Gases nobles
En vista de una molécula hipotética de He2, puesto que el sistema de la base de orbitarios atómicos es igual que en el caso de H2, encontramos que la vinculación y los orbitarios antibonding están llenados, tan allí no somos ninguna ventaja de la energía a los pares. HeH tendría una ventaja leve de la energía, pero tanto como H2 + 2 él, así que la molécula existe solamente un cortocircuito mientras que. Encontramos generalmente que los átomos tales como él que hacer que las cáscaras totalmente completas de la energía raramente enlacen con otros átomos. A excepción de los complejos de breve duración de Van der Waals, hay muy pocos compuestos del gas noble sabidos.
Enlaces iónicos
considera también:
Cuando la diferencia de la energía entre los orbitarios atómicos de dos átomos es absolutamente grande, los orbitarios de un átomo contribuyen casi enteramente a los orbitarios de la vinculación, y al otro casi enteramente a los orbitarios antibonding. Así, la situación es con eficacia que algunos electrones se han transferido a partir de un átomo al otro. Esto se llama el enlace iónico de a (sobre todo).
Diagramas del MES
considera también:
l diagrama del orbitario molecular
Para moléculas más complicadas, el acercamiento de los mecánicos de onda pierde utilidad en una comprensión cualitativa de la vinculación (aunque es todavía necesario para un acercamiento cuantitativo). El acercamiento cualitativo del MES utiliza un diagrama del orbitario molecular. En este tipo de diagrama, los orbitarios moleculares son representados por las lineas horizontales; el más alto una línea, cuanto más alto es la energía del orbitario, y los orbitarios degenerados se colocan en el mismo nivel con un espacio entre ellos. Entonces, los electrones que se colocarán en los orbitarios moleculares se ranuran adentro uno por uno, teniendo presente el principio de exclusión de Pauli y la regla de Hund de multiplicidad máxima (solamente 2 electrones, teniendo enfrente de vueltas, por orbitario; tener tantos electrones desparejados en un nivel de energía como sea posible antes de comenzar a aparearlos).
Un acercamiento más cuantitativo
Para obtener los valores cuantitativos para los niveles de energía moleculares uno necesita tener orbitarios moleculares que sean tales que la extensión de la interacción (ci) de la configuración converge rápidamente hacia el límite completo del ci . El método más común para obtener tales funciones es el método de Hartree-Fock que expresa los orbitarios moleculares como funciones propias del operador de Fock. Uno soluciona generalmente este problema ampliando los orbitarios moleculares como combinaciones lineares de las funciones gausianas centradas en los núcleos atómicos (véase la combinación linear de los orbitarios atómicos y de la base (química) determinado). La ecuación para los coeficientes de estas combinaciones lineares es una ecuación generalizada del valor propio conocida como las ecuaciones de Roothaan que son de hecho una representación particular de la ecuación de Hartree-Fock .
Las cuentas simples sugieren a menudo que las energías experimentales del orbitario molecular se puedan obtener por los métodos de la espectroscopia ultravioleta del fotoelectrón para la espectroscopia del fotoelectrón de la radiografía de los orbitarios y de la valencia para los orbitarios de la base. Esto sin embargo es incorrecto pues estos experimentos miden la energía de ionización, la diferencia en energía entre la molécula y uno de los iones resultando del retiro de un electrón. Las energías de ionización son ligadas aproximadamente a las energías orbitales por el teorema de Koopmans. Mientras que el acuerdo entre estos dos valores puede estar cercano para algunas moléculas, puede ser muy pobre en otros casos.
Ver también
orbitario atómico
Química de cómputo
Configuración del electrón
HOMO/LUMO
Diagrama del MES
Radiación molecular
Química de Quantum
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