Qu'est-ce que la théorie orbitale moléculaire?

La théorie orbitale moléculaire, ou théorie du MO, est une méthode d'explication de la liaison entre les atomes en termes d'électrons répartis autour d'une molécule plutôt que localisés autour des atomes, contrairement à la théorie de la liaison de valence, ou théorie VB.Les électrons dans les atomes sont disposés en orbitales dans les sous-coquilles dans les coquilles.En règle générale, ce sont les électrons des orbitales dans la coquille la plus externe qui sont impliqués dans la liaison chimique, bien qu'il y ait des exceptions à cela.Une orbitale peut contenir un maximum de deux électrons, qui doivent avoir des tours opposés.Dans la théorie orbitale moléculaire, lorsque deux atomes forment une liaison chimique, les orbitales atomiques des électrons de liaison se combinent pour produire des orbitales moléculaires avec des règles similaires concernant le nombre et le spin des électrons.

Les électrons, comme toutes les particules subatomiques, peuvent se comporter comme des vagues..Au lieu d'occuper un point précis dans l'espace à un moment donné, un électron est réparti sur tous ses emplacements possibles autour du noyau atomique et sa position ne peut être exprimée qu'en termes de probabilité.Une équation développée par le physicien Erwin Schrodinger peut être utilisée pour déterminer la «fonction d'onde» d'une orbitale atomique, donnant la probabilité de trouver un électron à différents endroits autour du noyau en termes de distribution de densité d'électrons.La théorie orbitale moléculaire explique la liaison atomique en ajoutant les fonctions d'onde des orbitales atomiques impliquées dans la liaison pour donner les fonctions d'onde pour les orbitales moléculaires entourant la molécule entière.

puisque l'équation de la fonction d'onde donne des valeurs positives et négatives, appelées phases, deuxDes orbitales moléculaires sont produites.Dans le premier, les orbitales atomiques sont ajoutées en phase mdash;positif à positif et négatif à négatif.Le deuxième type est celui où ils sont hors de phase mdash;négatif à positif et positif à négatif.

L'ajout de phase in donne une orbitale moléculaire avec la densité électronique concentrée dans l'espace entre les noyaux, les rapprochant et résultant en une configuration à une énergie plus faible que les deuxOrbitales atomiques originaux combinés.Ceci est connu comme une orbitale de liaison.L'ajout hors phase entraîne la concentration de la densité électronique loin de l'espace entre les noyaux, les éloignant davantage et produisant une configuration avec un niveau d'énergie plus élevé que les orbitales atomiques.Ceci est connu comme une orbitale anti-liaison.Les électrons des orbitales atomiques impliqués dans la liaison préfèrent remplir les orbitales moléculaires de liaison énergétique inférieures.

Pour déterminer la nature de la liaison entre deux atomes, «l'ordre des liaisons» est calculé comme suit: (électrons de liaison - électrons anti-liaison)/ 2.Une ordonnance de liaison de zéro indique qu'aucune liaison n'aura lieu.En comparaison, une ordonnance de liaison de 1 indique une seule liaison, avec 2 et 3 indiquant les liaisons doubles et triples, respectivement.

Comme un exemple très simple, la liaison de deux atomes d'hydrogène peut être décrite en termes de théorie orbitale moléculaire.Chaque atome n'a qu'un seul électron, normalement dans l'orbitale d'énergie la plus basse.Les fonctions d'onde de ces orbitales sont ajoutées, donnant une liaison et une orbitale anti-liaison.Les deux électrons rempliront l'orbitale de liaison énergétique inférieure, sans électrons dans l'orbitale anti-liaison.L'ordre de liaison est donc (2 - 0) / 2 ' 1, donnant une seule obligation.Ceci est en accord avec la théorie VB et avec l'observation.

L'interaction de deux atomes de l'élément suivant dans le tableau périodique, l'hélium, donne un résultat différent car il y a deux électrons dans une orbitale dans chaque atome d'hélium.Lorsque les fonctions d'onde sont ajoutées, une liaison et une orbitale anti-liaison sont produites, comme avec l'hydrogène.Cette fois, cependant, il y a quatre électrons impliqués.Deux électrons rempliront l'orbitale de liaison et les deux autres devront remplir l'orbitale anti-liaison énergétique plus élevée.L'ordre de liaison cette fois est (2 - 2) / 2 ' 0, donc aucune liaison ne prendra PLACe.Encore une fois, cela est d'accord avec la théorie VB et avec l'observation: l'hélium ne forme pas de molécules.

La théorie orbitale moléculaire prédit également correctement les liaisons doubles et triples pour les molécules d'oxygène et d'azote, respectivement.Dans la plupart des cas, la théorie du MO et la théorie des liaisons de valence sont d'accord;Cependant, le premier explique mieux les molécules où l'ordre de liaison se situe entre une seule et une double liaison et les propriétés magnétiques des molécules.Le principal inconvénient de la théorie orbitale moléculaire est que, à l'exception de cas très simples tels que ceux ci-dessus, les calculs sont beaucoup plus compliqués.