Теория молекулярных орбиталей

Молекулярная орбиталь это волновая функция, являющаяся решением уравнения Шреденгера.

Молекулярная орбиталь – это пространство в области взаимодействующих атомов, где велика вероятность нахождения электрона.

МО представляется как линейная комбинация АО, взаимодействующих (разных) атомов.

Для простейшей системы из двух атомов водорода. Взаимодействие двух атомов водорода может быть охарактеризовано взаимодействием двух АО, принадлежащих двум разным атомам:

АО обозначим: φ₁ φ₂

Линейная комбинация двух АО (φ₁ и φ₂)атомов водорода может быть записана двумя выражениями (суммой и разностью):

Ψ₁ = а₁₁ φ₁ + а₁₂ φ₂

Ψ₂ = а₂₁ φ₁ - а₂₂ φ₂

Где: а_ij так называемые нормировочные коэффициенты. Сумма их квадратов для каждой МО равна единице.

В результате линейной комбинации получаем две МО (Ψ₁ и Ψ₂). МО получается столько, сколько АО, участвовало в линейной комбинации.

Одна из МО (Ψ₁ -сумма) - означает понижение энергии, по сравнению с исходными АО (Энергия отрицательная). Другая МО (Ψ₂ -разность) – означает повышение энергии по сравнению с исходными АО (одна АО опускается, другая поднимается):

Ψ₂

Ψ₁

В соответствии с правилами заселения АО электронами заселяем электронами, взаимодействующих атомов, образовавшиеся МО:

Ψ₂

Ψ₁

МО Ψ₁ по энергии ниже, чем исходные АО, что приводит к понижению энергии системы взаимодействующих атомов водорода.

МО Ψ₁ – сумма означает, что велика вероятность нахождения электронов, несущих отрицательный электрический заряд, в пространстве между ядрами взаимодействующих атомов водорода:

Положительно заряженные ядра атомов притягиваются к отрицательному заряду электронов, а, следовательно, и друг к другу. Чем достигается соединение атомов и образование химической связи. Поэтому МО, характеризующая концентрацию электронной плотности в пространстве между атомами - называется связующей МО.

МО Ψ₂ – разность означает, на разных атомах волновая Ψ – функция имеет разный знак. Изменение знака означает, что функция имеет узловую точку, т.е. она выше по энергии чем Ψ₁. Кроме того, в узловой точке волновая функция обращается в нуль. Это означает, что в пространстве, где функция обратилась в нуль вероятность нахождения электрона равна нулю. Пространство, где функция обратилась в нуль находится между реагирующими атомами. Следовательно, межатомном пространстве, на МО Ψ₂, электронная плотность отсутствует. В этом случае велика вероятность нахождения электронов, несущих отрицательный электрический заряд, в пространстве за ядрами взаимодействующих атомов водорода:

В этом случае положительно заряженные ядра атомов отталкиваются друг от друга. Чем достигается повышение энергии и разрушение химической связи. Поэтому МО, характеризующая концентрацию электронной плотности в пространстве за атомами - называется разрыхляющей МО.

Теория МО объясняет механизм образования химической связи за счет понижения энергии и концентрации электронной плотности в пространстве между атомами. Однако теория МО не объясняет особенностей в пространственном строении молекул.