10.8: Moleküler Orbital Teorisi I

Moleküler Orbital Teorisine Genel Bakış

Moleküler yörünge teorisi, elektronların moleküllerdeki dağılımını, atomlardaki elektronların dağılımının atomik orbitaller kullanılarak tanımlandığı şekilde tanımlar. Kuantum mekaniği, bir atomdaki davranışa benzer bir dalga fonksiyonu olan Ψ ile bir moleküldeki bir elektronun davranışını tanımlar. İzole edilmiş atomların etrafındaki elektronlar gibi, moleküllerdeki atomların etrafındaki elektronlar da ayrık (nicelleştirilmiş) enerjilerle sınırlıdır. Bir molekülde değerlik elektronunun bulunma olasılığı yüksek olan uzay bölgesine moleküler orbital (PΨ²) denir. Atomik bir yörünge gibi, bir moleküler yörünge, ters dönüşe sahip iki elektron içerdiğinde doludur.

Atomik Orbitallerin Doğrusal Kombinasyonu

Moleküler orbitaller oluşturmak için atomik orbitalleri birleştirmenin matematiksel sürecine, atomik orbitallerin doğrusal kombinasyonu (LCAO) denir. Kuantum mekaniği, moleküler orbitalleri atomik yörünge dalga fonksiyonlarının kombinasyonları olarak tanımlar. Dalgaları birleştirmek yapıcı veya yıkıcı girişime yol açabilir. Orbitallerde, dalgalar, elektron yoğunluğu olasılığı daha yüksek olan ve faz dışı dalgalar üreten düğümler veya elektron yoğunluğu olmayan bölgeler üreten faz içi dalgalarla birleşebilir.

Bağlayıcı ve Bağlayıcı Olmayan Moleküler Orbitaller

Bitişik atomlar üzerindeki iki atomik s orbitalinin örtüşmesinden oluşabilen iki tür moleküler orbital vardır. Faz içi kombinasyon, elektron yoğunluğunun çoğunun doğrudan çekirdekler arasında olduğu daha düşük enerjili bir σ_s moleküler orbitali ("sigma-s" olarak okunur) üretir. Faz dışı toplama (veya dalga fonksiyonlarının çıkarılması), çekirdekler arasında bir düğüm bulunan daha yüksek enerjili bir σ_s* moleküler orbitali ("sigma-s-star" olarak okunur) üretir. Yıldız işareti, yörüngenin anti-bağlayıcı bir yörünge olduğunu belirtir. Bir σ yörüngesindeki elektronlar aynı anda her iki çekirdek tarafından çekilir ve izole edilmiş atomlarda olduğundan daha kararlıdır (daha düşük enerjili). Bu orbitallere elektron eklemek, iki çekirdeği bir arada tutan bir kuvvet yaratır, bu nedenle bu orbitallere bağlanma orbitalleri denir. σ_s* orbitallerindeki elektronlar, iki çekirdek arasındaki bölgeden oldukça uzakta konumlanmıştır. Çekirdekler ve bu elektronlar arasındaki çekici kuvvet, iki çekirdeği birbirinden ayırır. Bu nedenle, bu orbitallere antibonding orbitalleri denir. Elektronlar, daha yüksek enerjili antibonding yörüngesinden önce düşük enerjili bağ yörüngesini doldurur. 

p orbitallerinde, dalga fonksiyonu, zıt fazlara sahip iki lob ortaya çıkarır. Aynı fazın yörünge lobları üst üste geldiğinde, yapıcı dalga girişimi elektron yoğunluğunu artırır. Zıt fazın bölgeleri örtüştüğünde, yıkıcı dalga paraziti elektron yoğunluğunu azaltır ve düğümler oluşturur. p orbitalleri uç uca çakıştıklarında σ ve σ* orbitallerini oluştururlar. İki p orbitalinin yan yana çakışması, bir pi (π) bağ moleküler orbitaline ve bir π* bağlayıcı olmayan moleküler orbitaline yol açar. π yörüngesindeki elektronlar, her iki çekirdekle etkileşime girer ve iki atomu bir arada tutmaya yardımcı olarak onu bir bağ yörüngesi haline getirir. Faz dışı kombinasyon için, biri çekirdek arası eksen boyunca ve diğeri çekirdekler arasında dikey olan iki düğüm düzlemi oluşturulmuştur.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır Openstax, Chemistry 2e, Section 8.4: Molecular Orbital Theory.
 

Moleküler yörünge teorisi, elektronların atomlar arasındaki belirli bağlara lokalize edilmesinden ziyade bir molekül boyunca dağılımını tanımlar. Atomik orbitaller gibi, moleküler orbitaller de elektronların nerede olması muhtemel olduğunu tanımlayan dalga fonksiyonlarıdır. Bu işlevler, atomik orbitallerin doğrusal kombinasyonu adı verilen matematiksel bir işlemle hesaplanır.

Dalgalar yapıcı veya yıkıcı bir şekilde etkileşime girebilir. Faz içi atomik orbitaller arasındaki yapıcı girişim, pozitif yüklü çekirdekler arasında daha büyük elektron yoğunluğuna karşılık gelir ve molekülü daha kararlı hale getirir. Bu bağlanan moleküler yörünge, enerji açısından orijinal atomik orbitallerden daha düşüktür.

Faz dışı atomik orbitaller arasındaki yıkıcı girişim, çekirdekler arasındaki düğüm düzleminde daha düşük elektron yoğunluğuna karşılık gelir ve molekülü daha az kararlı hale getirir. Bu antibonding moleküler yörünge, enerji açısından atomik orbitallerden daha yüksektir ve bir yıldız veya yıldız imi ile işaretlenmiştir. Moleküler orbitaller, atomik orbitallerin örtüşme şekline göre sınıflandırılır.

İki s orbitali veya iki uçtan-uca p orbitalleri arasındaki örtüşme gibi çekirdek içi eksen boyunca atomik orbitallerin kafa kafaya kombinasyonu, sigma moleküler orbitallerle sonuçlanır. Sigma yörünge elektron yoğunluğu, çekirdekler arası eksen etrafında merkezlenmiştir. İki p orbitalinin yandan çakışması gibi yanlamasına örtüşme, pi moleküler orbitaller verir.

Burada elektron yoğunluğu, çekirdekler arası eksenin zıt taraflarında yoğunlaşır. Üç farklı p orbitalinin yönelimi, tipik olarak bir çiftin uçtan uca örtüştüğü ve diğer iki çiftin yanlamasına örtüştüğü anlamına gelir. Pi bağ orbitalleri tipik olarak enerji bakımından eşittir veya pi bağönler orbitalleri gibi dejenere olur.

Orbitaller, enerjileri benzerse ve simetrileri eşleşiyorsa üst üste gelebilir. Bu nedenle, iki 2s orbitali üst üste gelebilir, ancak bir 2s orbitali genellikle 1s veya 2p orbitaliyle ihmal edilebilir örtüşmeye sahiptir.