Μοριακό Τροχιακό

Ο σχηματισμός μοριακού τροχιακού εξηγείται από την κυματομηχανική. Η κυματική εξίσωση Schrodinger και ο γραμμικός συνδυασμός ατομικών τροχιακών δίνουν τη λύση για τον υπολογισμό των δεσμευτικών και αντιδεσμικών μοριακών τροχιακών. Αυτό το υλικό μελέτης μοριακών τροχιακών εξηγεί τον σχηματισμό των δεσμευτικών και αντισυνδεδεμένων μοριακών τροχιακών και τις απαραίτητες συνθήκες που απαιτούνται για το σχηματισμό τους. Εξαρτάται από τον συνδυασμό ενεργειακών επιπέδων και τη σταθερότητα αυτών των τροχιακών μετά τον συνδυασμό. Το κύριο πράγμα που πρέπει να λάβετε υπόψη είναι η σταθερότητα ενός τροχιακού που οδηγεί στο σχηματισμό ενός μορίου και καθορίζει τις ιδιότητές του. Εξηγεί ακόμη και τις μαγνητικές ιδιότητες των ενώσεων καθώς εξαρτώνται από την ηλεκτρονική τους διαμόρφωση.

Επισκόπηση μοριακής τροχιακής θεωρίας

R.S. Οι Mulliken και F. Hund παρείχαν σε αυτή τη θεωρία μερικά βασικά χαρακτηριστικά που εξηγούν πώς τα ατομικά τροχιακά συνδυάζονται για να σχηματίσουν μόρια. Αυτό οδήγησε στη βάση του σχηματισμού μορίων και παρείχε βαθιές γνώσεις για τις μοριακές ιδιότητες και τη συμπεριφορά. Αυτές οι δυνατότητες περιλαμβάνουν

• Για τον σχηματισμό ενός μοριακού τροχιακού, μπορούν να συμμετέχουν δύο ή περισσότερα ατομικά τροχιακά συγκρίσιμων ενεργειών και κατάλληλης γεωμετρίας.
• Σε ένα ατομικό τροχιακό, τα ηλεκτρόνια επηρεάζονται από έναν πυρήνα, ενώ στα μοριακά τροχιακά, τα ηλεκτρόνια επηρεάζονται από τον πυρήνα όλων των συνδυασμένων ατόμων.
• Στα μοριακά τροχιακά, τα ηλεκτρόνια όλων των ατόμων που συνδυάζονται ασκούν απωθητικές δυνάμεις το ένα στο άλλο.
• Τα μοριακά τροχιακά μπορούν να αναπαρασταθούν παρόμοια με τα ατομικά τροχιακά.
• Ο αριθμός των συνδυασμένων ατόμων ισούται με τον αριθμό των μοριακών τροχιακών που σχηματίστηκαν. Αυτά τα μοριακά τροχιακά χωρίζονται εξίσου σε τροχιακά δεσμού και σε αντιδεσμικά τροχιακά.
• Τα δεσμευμένα μοριακά τροχιακά είναι πολύ σταθερά λόγω της μικρότερης απώθησης μεταξύ των ηλεκτρονίων τους.

Εξίσωση Schrodinger και γραμμικός συνδυασμός ατομικών τροχιακών

Ο συνδυασμός περισσότερων του ενός ηλεκτρονίων για το σχηματισμό ενός μορίου δεν θα μπορούσε να εξηγηθεί μόνο από την κυματική εξίσωση Schrodinger επειδή μπορεί να εκφράσει μόνο μία συνάρτηση ηλεκτρονίων. Για να ξεπεραστεί αυτό, προτάθηκε ο γραμμικός συνδυασμός του μοντέλου ατομικού τροχιακού (LCAO). Λαμβάνει υπόψη τη συνάρτηση ηλεκτρονικού κύματος που παρέχεται από την κυματική εξίσωση Schrodinger για όλα τα συνδυαστικά ατομικά τροχιακά.

• Το βασικό άτομο είναι το Υδρογόνο με 1 ηλεκτρόνιο στη θεμελιώδη του κατάσταση. Η βάση του LCAO θεωρεί τον συνδυασμό δύο ατόμων υδρογόνου.
• Έστω η κυματική συνάρτηση που σχετίζεται με ένα άτομο είναι Ψ(A) και αυτή με το άλλο είναι Ψ(B).
• Η εφαρμογή του LCAO παρέχει μια εξίσωση που βασίζεται στις κυματοσυναρτήσεις δύο ατομικών τροχιακών.
• Ψ(τελικό) =Ψ(A) ± Ψ(B)
• Με αυτό, παίρνουμε δύο τιμές που αντιπροσωπεύουν το συνδυασμό και τη σύνδεση ηλεκτρονίων.
  • σ =Ψ(A) + Ψ(B) αντιπροσωπεύει δεσμευτικά μοριακά τροχιακά.
  • σ =Ψ(A) – Το Ψ(B) αντιπροσωπεύει μοριακά τροχιακά κατά των δεσμών.

Τα δεσμευτικά μοριακά τροχιακά παρέχουν μια σταθερή ενεργειακή κατάσταση σε ένα μόριο λόγω μικρότερης απώθησης σε σύγκριση με τα μοριακά τροχιακά με αντιδέσμευση.

Συνθήκες για το σχηματισμό μοριακού τροχιακού

Ο σχηματισμός ενός μοριακού τροχιακού περιλαμβάνει τον συνδυασμό ατομικών τροχιακών. Αυτό παρέχεται από τον γραμμικό συνδυασμό ατομικών τροχιακών, αλλά ο συνδυασμός ατομικών τροχιακών θα πρέπει να διατηρεί ορισμένα κριτήρια. Αυτό απαιτείται για το σχηματισμό δεσμευτικών μοριακών τροχιακών και αντιδεσμικών μοριακών τροχιακών. Οι απαιτούμενες προϋποθέσεις είναι

• Τα συνδυασμένα ατομικά τροχιακά θα πρέπει να έχουν συγκρίσιμα επίπεδα ενέργειας έτσι ώστε να μπορεί να σχηματιστεί σταθερό μοριακό τροχιακό. Σημαίνει ότι το τροχιακό 3s μπορεί να συνδυαστεί με συγκρίσιμα επίπεδα ενέργειας όπως αυτά των 3s ενός άλλου ατόμου και όχι με υψηλότερα επίπεδα ενέργειας όπως 4s, 5s, κ.λπ.
• Τα άλλα σημαντικά κριτήρια είναι η συμμετρία. το μοριακό τροχιακό πρέπει να είναι συμμετρικό. Για παράδειγμα, το 2pz μπορεί να συνδυαστεί με 2pz και όχι με 2py ή 2px, ακόμα κι αν έχει την ίδια ενέργεια.
• Αφού ικανοποιηθούν αυτά τα δύο κριτήρια, τα ατομικά τροχιακά πρέπει να κάνουν τη μέγιστη επικάλυψη για να εξασφαλίσουν το σχηματισμό ενός ισχυρού μοριακού τροχιακού δεσμού.

Γέμισμα ενεργειακών επιπέδων σε μοριακό τροχιακό

Τα επίπεδα ενέργειας στα μοριακά τροχιακά βρίσκονται χρησιμοποιώντας διάφορα πειράματα που περιλαμβάνουν φασματοσκοπία. Έχει παρατηρηθεί ότι υπάρχουν δύο διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους γεμίζονται τα επίπεδα ενέργειας σε ένα μόριο. Περιλαμβάνει τη σύνδεση μοριακών τροχιακών και αντιδεσμικών μοριακών τροχιακών.

Η αύξουσα σειρά ενέργειας στα μοριακά τροχιακά είναι

• Για μόρια όπως το F και το O είναι σ1s<σ∗1s<σ2s<σ∗2s<σ2pz<(π2px=π2py)<(π∗2px=π∗2py)<σ∗2pz
• Για άλλα μόρια συμπεριλαμβανομένων των C, Be κ.λπ. είναι σ1s<σ∗1s<σ2s<σ∗2s<(π2px=π2py)<σ2pz<(π∗2px=π∗2py)<σ∗2pz

Αυτή η εξίσωση ενέργειας βοηθά στην πλήρωση των ηλεκτρονίων στα αντίστοιχα μοριακά τροχιακά καθώς κάθε τροχιακό μπορεί να πάρει το πολύ δύο ηλεκτρόνια. Αυτό μπορεί να βρεθεί στο υλικό μελέτης μοριακών τροχιακών.

Παράγοντες που καθορίζονται από τη μοριακή τροχιακή θεωρία

Τα μοριακά τροχιακά δέσμευσης και αντιδέσμευσης είναι πολύ κατατοπιστικά καθώς καθορίζουν την ηλεκτρονική διαμόρφωση ενός μορίου. Παρέχουν λεπτομέρειες σχετικά με τη σταθερότητα, τη μαγνητική φύση, κ.λπ., ενός μορίου.

• Σταθερότητα:Εάν περισσότερα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν τροχιακά δεσμού από τροχιακά με αντιδέσμευση, τότε το μόριο είναι σταθερό.
• Σειρά δεσμού:Είναι ίση με το ήμισυ της διαφοράς μεταξύ ηλεκτρονίων σε τροχιακά δεσμών και αντιδεσμών.
• Φύση του δεσμού:Καθορίζει την ισχύ του μοριακού δεσμού. Είναι αντιστρόφως ανάλογο της σειράς ομολόγων.
• Μαγνητική φύση:Εάν όλα τα μοριακά τροχιακά έχουν 2 ηλεκτρόνια, τότε το μόριο είναι διαμαγνητικό ή αλλιώς παραμαγνητικό.

Συμπέρασμα

Το υλικό μελέτης μοριακών τροχιακών παρέχει μια σύντομη εξήγηση σχετικά με το σχηματισμό των μορίων, τις συνθήκες που απαιτούνται για το σχηματισμό τους, τη φύση τους, την πλήρωση των ενεργειακών επιπέδων και τους παράγοντες που καθορίζονται από τα μοριακά τροχιακά. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη όλα τα κριτήρια πριν από την πλήρωση των ενεργειακών επιπέδων, επειδή καθορίζουν τη συμπεριφορά ενός μορίου σε συγκεκριμένες συνθήκες, π.χ., στο μαγνητικό πεδίο ή στο ηλεκτρικό πεδίο. Τα συνδετικά τροχιακά και τα αντιδεσμικά τροχιακά καθορίζουν τις τελικές ιδιότητες ενός μορίου. Είναι υπεύθυνα για την αλληλεπίδραση των μορίων κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων.