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Química Inorgánica
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5: Orbitales Moleculares
5.1: Formación de orbitales moleculares a partir de orbitales atómicos

5.1: Formación de orbitales moleculares a partir de orbitales atómicos

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La teoría orbital molecular se extiende desde la teoría cuántica y las funciones de onda orbitales atómicas (\(\psi\)) descritas por la ecuación de Schrödinger. Mientras que la ecuación de Schrödinger define una\(\Psi\) para electrones en átomos individuales, podemos aproximar la función de onda molecular (cómo\(\Psi\) sería si combináramos la\(\psi\) de átomos individuales). La suma o resta de las funciones de onda se llama combinación lineal de orbitales atómicos (LCAO). La teoría orbital molecular se aplica a LCAO para describir la unión.

El LCAO para la función de onda de dos átomos (\(\psi_a\)y\(\psi_b\)) está representado por la expresión general a continuación. Los coeficientes\(c_a\) y\(c_b\) cuantifican la contribución de cada atómico\(\psi\) a lo molecular\(\Psi\).

\[\Psi=c_{a} \psi_{a}+c_{b} \psi_{b} \nonumber \]

Para que dos\(\psi\) s atómicos formen un enlace, se deben cumplir tres condiciones:

Primero, la distancia entre los átomos debe ser lo suficientemente pequeña como para proporcionar una buena superposición. Esto se debe a que los dos orbitales deben ser capaces de superponerse usando regiones\(\psi^2\) donde la probabilidad de encontrar electrones es significativa. Si los átomos no están lo suficientemente cerca,\(\psi_a\) y\(\psi_b\) no pueden interactuar productivamente. Al mismo tiempo, los átomos deben estar lo suficientemente separados como para que sus núcleos no se repelan entre sí.
La simetría de los orbitales debe ser compatible de tal manera que las regiones de\(\psi_a\) y\(\psi_b\) con el mismo signo interfieran constructivamente más que las regiones con signo opuesto interfieren destructivamente. En otras palabras, para una interacción productiva, debe haber una probabilidad relativamente alta de encontrar un electrón entre los dos núcleos, y esto depende de la simetría (y signo del\(\psi\)) de los orbitales atómicos.
Tercero, las energías de los orbitales atómicos deben ser similares. Orbitales con energía similar se combinan para formar los orbitales moleculares de unión más estables. Los orbitales atómicos con energías muy diferentes forman interacciones de unión menos estables, y cuanto mayor sea la diferencia en los orbitales atómicos, más débil será la interacción de enlace.

Los orbitales atómicos se combinan para formar orbitales moleculares cuando se cumplen estas tres condiciones. El resultado es un conjunto de orbitales moleculares de unión que son más bajos en energía que las energías orbitales atómicas originales.