8.1: Introducción

Existe una segunda teoría importante de la unión química cuyas ideas básicas son distintas de las empleadas en la teoría de enlaces de valencia. Esta aproximación alternativa al estudio de la estructura electrónica de las moléculas se denomina teoría orbital molecular. La teoría aplica el concepto orbital, que se encontró que proporciona la clave para la comprensión de la estructura electrónica de los átomos, a los sistemas moleculares.

El concepto de orbital, ya sea aplicado al estudio de electrones en átomos o moléculas, reduce un problema de muchos cuerpos al mismo número de problemas de un solo cuerpo. En esencia, un orbital es la descripción mecánica cuántica (función de onda) del movimiento de un solo electrón que se mueve en el campo potencial promedio de los núcleos y de los otros electrones que están presentes en el sistema. Una teoría orbital es una aproximación porque reemplaza las repulsiones instantáneas entre los electrones por algún valor promedio. La dificultad para obtener una descripción precisa de un orbital es la dificultad para determinar el campo potencial promedio de los otros electrones. Por ejemplo, el orbital de 2 s en el átomo de litio es una función que determina el movimiento de un electrón en el campo potencial del núcleo y en el campo promedio de los dos electrones en el orbital de 1 s. Sin embargo, el orbital de 1 s está determinado por el campo de potencial nuclear y por el campo potencial promedio ejercido por el electrón en el orbital de 2 s. Cada orbital depende y está determinado por todos los demás orbitales del sistema. Para conocer la forma de una órbita debemos conocer las formas de todas ellas. Este problema tiene una solución matemática; la explotación de esta solución ha demostrado ser uno de los métodos más potentes y ampliamente utilizados para obtener información sobre la estructura electrónica de la materia.

Un orbital molecular difiere del caso atómico sólo en que el orbital debe describir el movimiento de un electrón en el campo de más de un núcleo, así como en el campo promedio de los otros electrones. Un orbital molecular en general, por lo tanto, abarcará todos los núcleos de la molécula, en lugar de estar centrado en un solo núcleo como en el caso atómico. Una vez que se conocen las formas y propiedades de los orbitales moleculares, la configuración electrónica y las propiedades de la molécula se determinan nuevamente asignando electrones a los orbitales moleculares en el orden de energía creciente y de acuerdo con el principio de exclusión de Pauli.

En la teoría del enlace de valencia, se describe un enlace de par de electrones simple entre dos átomos en términos del solapamiento de los orbitales atómicos (o en la formulación matemática de la teoría, el producto de los orbitales atómicos) que se centren en los núcleos unidos por el enlace. En la teoría orbital molecular el enlace se describe en términos de un solo orbital el cual está determinado por el campo de ambos núcleos. Las dos teorías proporcionan solo una primera aproximación al enlace químico.

Comenzaremos nuestra discusión sobre la teoría orbital molecular aplicando la teoría a la discusión de la unión en las moléculas diatómicas homonucleares.