ทฤษฎีวงโคจรโมเลกุลคืออะไร?

ทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลหรือทฤษฎีโมเป็นวิธีการอธิบายพันธะระหว่างอะตอมในแง่ของอิเล็กตรอนที่แพร่กระจายไปรอบ ๆ โมเลกุลแทนที่จะเป็นภาษาท้องถิ่นรอบ ๆ อะตอมตรงกันข้ามกับทฤษฎีพันธะวาเลนซ์หรือทฤษฎี VBอิเล็กตรอนในอะตอมถูกจัดเรียงในวงโคจรภายใน subshells ภายในเปลือกหอยตามกฎทั่วไปมันเป็นอิเล็กตรอนในวงโคจรภายในเปลือกนอกสุดที่เกี่ยวข้องกับพันธะเคมีแม้ว่าจะมีข้อยกเว้นนี้วงโคจรสามารถมีอิเล็กตรอนสูงสุดสองตัวซึ่งต้องมีสปินตรงข้ามในทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลเมื่ออะตอมสองตัวสร้างพันธะทางเคมีวงโคจรอะตอมของอิเล็กตรอนพันธะรวมกันเพื่อผลิต orbitals โมเลกุลที่มีกฎคล้ายกันเกี่ยวกับจำนวนและการหมุนของอิเล็กตรอน

อิเล็กตรอนเช่นอนุภาค subatomic ทั้งหมด.แทนที่จะครอบครองจุดที่แน่นอนในอวกาศในเวลาที่กำหนดอิเล็กตรอนจะกระจายไปทั่วสถานที่ที่เป็นไปได้ทั้งหมดรอบ ๆ นิวเคลียสอะตอมและตำแหน่งของมันสามารถแสดงได้ในแง่ของความน่าจะเป็นเท่านั้นสมการที่พัฒนาโดยนักฟิสิกส์ Erwin Schrodinger สามารถใช้เพื่อกำหนด "ฟังก์ชั่นคลื่น" ของวงโคจรอะตอมทำให้โอกาสในการค้นหาอิเล็กตรอนในสถานที่ต่าง ๆ รอบ ๆ นิวเคลียสในแง่ของการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลอธิบายพันธะอะตอมโดยการเพิ่มฟังก์ชั่นคลื่นของ orbitals อะตอมที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมเพื่อให้ฟังก์ชั่นคลื่นสำหรับโมเลกุล orbitals ที่ล้อมรอบโมเลกุลทั้งหมด

เนื่องจากสมการการทำงานของคลื่นให้ทั้งค่าบวกและค่าลบorbitals โมเลกุลถูกผลิตขึ้นในครั้งแรก orbitals อะตอมจะถูกเพิ่มในเฟส mdash;บวกกับบวกและลบถึงลบประเภทที่สองคือประเภทที่พวกเขาอยู่นอกเฟส mdash;การเพิ่มเชิงลบและบวกถึงเชิงลบ.

การเพิ่มในเฟสให้การโคจรของโมเลกุลกับความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่เข้มข้นในช่องว่างระหว่างนิวเคลียสทำให้พวกเขาเข้ามาใกล้กันมากขึ้นและส่งผลให้เกิดพลังงานต่ำกว่าทั้งสองorbitals อะตอมดั้งเดิมรวมกันสิ่งนี้เรียกว่าวงโคจรพันธะการเพิ่มเฟสออกส่งผลให้ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเข้มข้นอยู่ห่างจากช่องว่างระหว่างนิวเคลียสดึงมันออกจากกันและสร้างการกำหนดค่าที่มีระดับพลังงานสูงกว่า orbitals อะตอมสิ่งนี้เรียกว่าวงโคจรต่อต้านพันธะอิเล็กตรอนจาก orbitals อะตอมที่เกี่ยวข้องกับพันธะจะต้องการเติมเต็มวงโคจรโมเลกุลพลังงานพันธะพลังงาน

เพื่อกำหนดลักษณะของพันธะระหว่างสองอะตอม "ลำดับพันธะ" คำนวณเป็น: (อิเล็กตรอนพันธะ-อิเล็กตรอนต่อต้านพันธะ))/2.ลำดับพันธบัตรของศูนย์บ่งชี้ว่าจะไม่มีการผูกมัดเกิดขึ้นในการเปรียบเทียบลำดับพันธบัตร 1 บ่งบอกถึงพันธะเดียวโดยมี 2 และ 3 ซึ่งบ่งบอกถึงพันธะคู่และสามเท่าตามลำดับ

เป็นตัวอย่างที่ง่ายมากการเชื่อมของอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมสามารถอธิบายได้ในแง่ของทฤษฎีวงโคจรโมเลกุลแต่ละอะตอมมีเพียงหนึ่งอิเล็กตรอนโดยปกติจะอยู่ในวงโคจรพลังงานต่ำสุดฟังก์ชั่นคลื่นของวงโคจรเหล่านี้ถูกเพิ่มเข้ามาให้พันธะและวงโคจรต่อต้านพันธะอิเล็กตรอนทั้งสองจะเติมเต็มวงโคจรของพันธะพลังงานที่ต่ำกว่าโดยไม่มีอิเล็กตรอนในวงโคจรต่อต้านพันธะคำสั่งซื้อพันธบัตรจึงเป็น (2 - 0)/2 ' 1 ให้พันธบัตรเดียวนี่คือข้อตกลงกับทฤษฎี VB และการสังเกต

ปฏิสัมพันธ์ของสองอะตอมขององค์ประกอบถัดไปในตารางธาตุฮีเลียมให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันเนื่องจากมีอิเล็กตรอนสองตัวในวงโคจรในแต่ละอะตอมฮีเลียมเมื่อมีการเพิ่มฟังก์ชั่นของคลื่นจะมีการสร้างพันธะและวงโคจรต่อต้านพันธะเช่นเดียวกับไฮโดรเจนอย่างไรก็ตามในครั้งนี้มีอิเล็กตรอนสี่ตัวที่เกี่ยวข้องอิเล็กตรอนสองตัวจะเติมวงโคจรพันธะและอีกสองอิเล็กตรอนจะต้องเติมเต็มวงโคจรต่อต้านการผูกมัดพลังงานที่สูงขึ้นคำสั่งซื้อพันธบัตรในครั้งนี้คือ (2 - 2)/2 ' 0 ดังนั้นจึงไม่มีการเชื่อมต่อก.อีกครั้งนี้เห็นด้วยกับทฤษฎี VB และการสังเกต: ฮีเลียมไม่ได้ก่อตัวเป็นโมเลกุล

ทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลยังทำนายพันธะคู่และสามเท่าสำหรับโมเลกุลออกซิเจนและไนโตรเจนตามลำดับในกรณีส่วนใหญ่ทฤษฎี MO และทฤษฎีการผูกมัดวาเลนซ์เป็นไปตามข้อตกลง;อย่างไรก็ตามอดีตอธิบายถึงโมเลกุลที่คำสั่งพันธบัตรอยู่ระหว่างพันธะเดี่ยวและคู่และคุณสมบัติแม่เหล็กของโมเลกุลข้อเสียเปรียบหลักของทฤษฎีวงโคจรโมเลกุลคือยกเว้นกรณีที่ง่ายมากเช่นด้านบนการคำนวณมีความซับซ้อนมากขึ้น