Μοριακά Τροχιακά (Δέσμευση, Αντισύνδεση)

Εισαγωγή

Στη θεωρία των μοριακών τροχιακών, τα άτομα συνδυάζονται για να δημιουργήσουν νέα μοριακά τροχιακά. Τα ατομικά τροχιακά συνδυάζονται γραμμικά για να δημιουργήσουν συνδετικά και αντιδεσμικά τροχιακά , με αποτέλεσμα τη δημιουργία αυτών των νέων τροχιακών. Υπάρχουν περισσότερα συνδετικά τροχιακά από τα αντιδεσμικά τροχιακά. Έτσι γεμίζουν νωρίτερα. Είναι απλός ο υπολογισμός της σειράς δεσμών με την επεξεργασία των χημικών τροχιακών.

Σώμα

Μοριακή τροχιακή θεωρία

Όταν τα ατομικά τροχιακά επικαλύπτονται, σχηματίζονται μοριακά τροχιακά. Η ηλεκτροαρνητικότητα και η ατομική τροχιακή ενέργεια συνδέονται επειδή τα ηλεκτραρνητικά άτομα προσκολλώνται στα ηλεκτρόνια με μεγαλύτερη δύναμη, με αποτέλεσμα χαμηλότερες ατομικές τροχιακές ενέργειες. Ο τρόπος σύνδεσης είναι δυνατός μόνο όταν οι ενέργειες των ατομικών τροχιακών είναι σχεδόν ίσες. Διαφορετικά, ένα μοντέλο MO δεν είναι έγκυρο. Για να επικαλύπτονται τα τροχιακά, πρέπει επίσης να έχουν την ίδια συμμετρία.

Η σύνδεση φάσης μεταξύ δύο ατομικών τροχιακών καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο επικαλύπτονται. Τα κυματοειδή χαρακτηριστικά των ηλεκτρονίων σχετίζονται άμεσα με τη φάση ενός τροχιακού. Οι γραφικές απεικονίσεις των τροχιακών δείχνουν είτε ένα πρόσημο είτε ένα αρνητικό πρόσημο (χωρίς σύνδεση με ηλεκτρικό φορτίο) είτε σκουρόχρωμο ενός λοβού. Στο πλαίσιο των μοριακών τροχιακών, το πρόσημο της φάσης δεν έχει φυσική σημασία. Ένα μοριακό τροχιακό με την πλειονότητα της πυκνότητας ηλεκτρονίων τοποθετημένη μεταξύ των δύο πυρήνων σχηματίζεται από την εποικοδομητική επικάλυψη δύο τροχιακών του ίδιου σημείου. Το τροχιακό δεσμού έχει χαμηλότερη ενέργεια από τα αρχικά ατομικά τροχιακά, γι' αυτό και αναφέρεται συνήθως ως τροχιακό δεσμού.

Αρχές της θεωρίας της μοριακής τροχιακής: 

• Τα μοριακά τροχιακά είναι πάντα ίσα με τον αριθμό των ατομικών τροχιακών που εισάγονται από τα άτομα που έχουν ενωθεί.
• Όταν πρόκειται για μοριακά τροχιακά, δεσμικά και αντισυγκολλητικά τροχιακά είναι και τα δύο χαμηλότερα σε ενέργεια από τα μητρικά άτομα.
• Από τη χαμηλότερη στην υψηλότερη τροχιακή ενέργεια, τα ηλεκτρόνια στο μόριο κατανέμονται στα τροχιακά.
• Είναι ευκολότερο να δημιουργηθούν μοριακά τροχιακά όταν οι ενέργειες των επιμέρους ατομικών τροχιακών είναι συγκρίσιμες.

Συγκολλητικά τροχιακά 

Καθώς τα άτομα ενός δεσμού ενώνονται, δημιουργούνται συνδετικά τροχιακά από τα ατομικά τροχιακά τους. Αυτά τα τροχιακά δημιουργούνται όταν τα ατομικά τροχιακά των ατόμων συνδυάζονται με τρόπο που οδηγεί σε πρωτίστως εποικοδομητική παρεμβολή. Το κύριο χαρακτηριστικό των τροχιακών δεσμών είναι η χαμηλότερη ενέργεια των μοριακών τροχιακών σε σύγκριση με τα αντίστοιχα ατομικά τους. Κατά συνέπεια, το μόριο (άτομα που χωρίζονται από μια ορισμένη μικροσκοπική απόσταση) έχει χαμηλότερη ενέργεια από τα απομονωμένα άτομα.

Επιπλέον, η πυκνότητα ηλεκτρονίων των τροχιακών δεσμών βρίσκεται μεταξύ των ατόμων. Αυτό μας κάνει να πιστεύουμε ότι οι ομοιοπολικοί δεσμοί σχηματίζονται από ηλεκτρόνια που «μοιράζονται» μεταξύ δύο ατόμων.

Η επικάλυψη από άκρο σε άκρο τροχιακών με εποικοδομητική παρεμβολή έχει ως αποτέλεσμα τη σύνδεση (σε φάση). Ο δεσμός επί άξονα σημαίνει ότι η πυκνότητα ηλεκτρονίων βρίσκεται ακριβώς μεταξύ των δύο δεσμευτικών πυρήνων.

Αντιδεσμικά τροχιακά

Αντιδεσμικό μοριακό τροχιακό , από την άλλη πλευρά, ίσως εξηγηθεί κοιτάζοντας πώς αναμιγνύονται άλλα ατομικά τροχιακά. Μια συγκόλληση και αντιδεσμικά τροχιακά είναι βασικά τα ίδια πράγματα. Όταν τα ατομικά τροχιακά αναμειγνύονται με τρόπο που οδηγεί σε κυρίως καταστροφικές παρεμβολές, δημιουργούνται. Μοριακά τροχιακά σε αντιδεσμικά ηλεκτρόνια τα συστήματα είναι πιο ενεργητικά από τα αντίστοιχα ατομικά τους. Για να το θέσω αλλιώς, λόγω αυτής της διαφοράς στην ενέργεια, η μοριακή κατάσταση (άτομα σε κοντινή απόσταση) είναι πιο ενεργητική από την απομονωμένη κατάσταση (άτομα σε απόσταση μεταξύ τους).

Οι "κόμβοι" ή θέσεις με μηδενική πυκνότητα ηλεκτρονίων είναι ένα άλλο χαρακτηριστικό του Αντιδεσμικού μοριακού τροχιακού . Όσο περισσότερους κόμβους έχει ένα MO, τόσο πιο ισχυρό είναι.

Τα αντιδεσμικά τροχιακά συμβολίζονται με το σύμβολο *. Σε αυτήν την περίπτωση, ο όρος * τροχιακό αναφέρεται σε ένα αντιδεσμικό τροχιακό.

Μοριακές τροχιές σύνδεσης και αντισυγκόλλησης 

Τα μοριακά τροχιακά που παίζουν ρόλο στη δημιουργία ενός δεσμού ονομάζονται δεσμευτικά μοριακά τροχιακά. Τα μόρια με ηλεκτρόνια εκτός της γειτνίασης δύο πυρήνων ονομάζονται αντιδεσμικά μοριακά τροχιακά . 

• Πυκνότητα

Μοριακή τροχιακή πυκνότητα ηλεκτρονίων:Τα δεσμευμένα μοριακά τροχιακά έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα ηλεκτρονίων.

Υπάρχουν λιγότερα ηλεκτρόνια σεμοριακά τροχιακά αντιδεσμικά παρά σε άλλα τροχιακά.

• Ενέργεια

Ενέργεια μοριακού τροχιακού δεσμού:Η ενέργεια του μοριακού τροχιακού δεσμού είναι χαμηλότερη σε σύγκριση.

Συγκριτικά, τα αντιδεσμικά μοριακά τροχιακά έχουν μεγαλύτερο ενεργειακό επίπεδο.

• Αναπαράσταση

Τα συνδετικά μοριακά τροχιακά απεικονίζονται χωρίς αστερίσκο (*) στην παράσταση.

Με έναν αστερίσκο (*), τα αντιδεσμικά μοριακά τροχιακά απεικονίζονται στο διάγραμμα.

Γεωμετρία του μορίου

Η γεωμετρία των μοριακών τροχιακών μοριακών δεσμών:Η χωρική διάταξη των δεσμευτικών μοριακών τροχιακών αντιπροσωπεύει τη γεωμετρία του μορίου.

Η χωρική διάταξη ενός αντιδεσμικού μοριακού τροχιακού δεν επηρεάζει το σχήμα ενός μορίου.

• Ηλεκτρόνια

Στο δεσμευτικό μοριακό τροχιακό, τα ηλεκτρόνια παίζουν ρόλο στη δημιουργία ενός δεσμού ενεργώντας ως καταλύτης.

Υπάρχουν αντιδεσμικά μοριακά τροχιακά στα οποία τα ηλεκτρόνια δεν παίζουν ρόλο στη δημιουργία του δεσμού.

• Σταθερότητα

Για να το θέσω αλλιώς, η σταθερότητα των δεσμών των μοριακών τροχιακών είναι ανώτερη.

Κατά γενικό κανόνα, αντιδεσμικά μοριακά τροχιακά είναι λιγότερο σταθερά από τα αντίστοιχα ομοιοπολικά συνδεδεμένα.

Τροχιακά που δεν είναι ούτε συνδεδεμένα ούτε αντιδεσμικά 

Ας αφιερώσουμε λίγο χρόνο για να θυμηθούμε γιατί δημιουργούνται φιλίες αρχικά. Ποιο είναι το νόημα των ατόμων να μοιράζονται ηλεκτρόνια μεταξύ τους αρχικά; Για ποιον λόγο δεν μπορούν απλώς «να είναι ικανοποιημένοι που είναι ελεύθεροι;»

Τα ευγενή αέρια, για παράδειγμα, είναι από τα πιο γνωστά παραδείγματα. Υπάρχει υψηλή ηλεκτροστατική κινητήρια δύναμη για στοιχεία με λιγότερα από οκτώ ηλεκτρόνια σθένους στην πρώτη σειρά του περιοδικού πίνακα—ειδικά άνθρακα (C), άζωτο (N) και φθόριο (F).

Η ανάμνηση των παραγόντων που παίζουν μπορεί να βοηθήσει. Οι δύο θετικά φορτισμένοι πυρήνες ενός μορίου συνδέονται μεταξύ τους με δύο αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Αυτές οι δυνάμεις μπορούν να μοντελοποιηθούν χρησιμοποιώντας την εξίσωση του Coulomb. Σε αυτή την περίπτωση, εάν έχετε δύο θετικά φορτισμένους πυρήνες και δύο αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια (τα αντίθετα φορτία έλκονται, θυμηθείτε), θα δείτε ότι αυτές οι δυνάμεις ισορροπούν μεταξύ τους. Η συνένωση των πυρήνων οδηγεί σε καθαρή μείωση της ενέργειας - μια σταθεροποίηση. Η ενέργεια διάστασης δεσμού είναι το όνομα που δίνεται σε αυτή τη μείωση της ενέργειας.

Σκεφτείτε ένα σενάριο στο οποίο οι πυρήνες χωρίζονται με την ίδια ποσότητα, αλλά τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να παραμείνουν σε επαφή μεταξύ τους (λόγω ενός κόμβου, βλέπε παρακάτω). Δεν υπάρχουν ηλεκτρόνια μεταξύ αυτών των δύο θετικά φορτισμένων πυρήνων. Ως εκ τούτου, δεν υπάρχει ελκυστική σταθεροποιητική σύνδεση. Επειδή οι ελκυστικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ ηλεκτρονίων και πυρήνων αντισταθμίζονται από τις δυνάμεις απώθησης μεταξύ των δύο πυρήνων, η δομή που προκύπτει είναι πιο ασταθής από ό,τι αν τα άτομα δεν ήταν συνδεδεμένα μεταξύ τους. "Antibonding" είναι ο όρος για αυτό το σενάριο.

Όταν δύο άτομα σε έναν χημικό δεσμό επικαλύπτονται ή αναμειγνύονται, η μοριακή τροχιακή θεωρία χρησιμοποιείται για να εξηγήσει τη δημιουργία του δεσμού μεταξύ τους. Τα μοριακά τροχιακά σχηματίζονται όταν τα ατομικά τροχιακά αναμειγνύονται μεταξύ τους. συνδετικά και αντισυγκολλητικά τροχιακά μπορεί να βρεθεί στα μοριακά τροχιακά. Όσον αφορά τα μοριακά τροχιακά, τα δεσμευτικά και τα αντιδεσμικά μοριακά τροχιακά είναι αρκετά διαφορετικά. Τα συνδετικά μοριακά τροχιακά υποδεικνύουν τη μορφή ενός μορίου, αλλά τα αντιδεσμικά μοριακά τροχιακά όχι.