Молекулярна орбіталь

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Одна з молекулярних орбіталей (LUMO) формальдегіду

Молекулярна орбіталь — наближена хвильова функція електронів молекули, утворена суперпозицією атомних орбіталей різних атомів.

Електронний стан, який описується молекулярною орбіталлю, делокалізований у межах усієї молекули.

Зазвичай хвильова функція молекули шукається у вигляді детермінанта Слейтера, утвореного із молекулярних орбіталей із невідомими коефіцієнтами. Коефіцієнти знаходяться із розв'язку рівняння Шредінгера одним із методів квантової механіки, наприклад, варіаційним методом, одним з яких є метод Гартрі — Фока.

Одноелектронна хвильова функцiя, що описує рух електрона в ефективному полi ядер та iнших електронiв молекули як цiлого. Така орбіталь звичайно простягається на всю молекулу або на багато атомів у молекулі і представляється як комбінація атомних орбіталей. Графічно дається у виглядi контурної дiаграми, на якiй хвильова функцiя має певне значення, чи вказується область простору, де фiксована висока (вибрана довiльно, напр., 95 %) ймовiрнiсть знаходження електрона, що займає цю орбiталь, з наведенням знаку (+ чи –) хвильової функцiї в кожнiй частинi цiєї областi.

Вища ЗМО та Нижча ВМО[ред.ред. код]

Схематичне зображення HOMO та LUMO

В основному стані молекули її електрони заповнюють усі орбіталі з найменшими енергіями. Та орбіталь, яка серед заповнених в основному стані має найбільшу енергію, зазвичай в літературі позначається абревіатурою ВЗМО (вища зайнята молекулярна орбіталь) або частіше англійською абревіатурою HOMO (highest occupied molecular orbital — найвища заповнена молекулярна орбіталь).

Наступна за енергією орбіталь називається НВМО (найнижча вакантна молекуляpна орбiталь) або LUMO (lowest unoccupied molecular orbital — найнижча незаповнена молекулярна орбіталь). НВМО — повнiстю чи частково вакантна молекулярна орбiталь, що має найнижчу енергiю з усiх незаселених орбiталей хімiчної частинки. Її енергія отримується при розрахунках методом молекулярних орбіталей і представляє спорідненість до електрона даної молекулярної частинки, а також може характеризувати реактивність такої частинки як електрофілу.

Локалiзована молекуляpна орбiталь — молекулярна орбiталь, що простягається не на всю молекулу, а лише на певний її фрагмент, та є просторово виділеною з-поміж інших орбіталей, наприклад, молекулярна орбiталь типу σ, що наближено описує C–H зв'язок у метанi.

Однозаселена молекулярна орбіталь (ОЗМО)[ред.ред. код]

  • 1. Заселена одним електроном вища зайнята молекулярна орбіталь радикала.
  • 2. У загальному випадку — будь-яка молекулярна орбіталь, на якій є один електрон.

Аналіз молекулярних орбіталей води[ред.ред. код]

Для аналізу симетрії МО на основі результатів квантовохімічних розрахунків необхідно:

  1. визначити точкову групу молекули
  2. провірити, яка система координат використана у розрахунку і чи співпадають елементи симетрії з приведеними у таблиці характерів
  3. якщо раніше підготовлена таблиця симетризованих орбіталей, корисно нею скористуватися.
  • Декартові координати дозволяють визначити структуру атомів молекули і її орієнтацію у просторі.
  • Точкова група молекули .
  • Напівемпіричний розрахунок виконаний у валентному наближенні, враховується вісім електронів (ne=8): шість електронів атому О і по одному електрону від двох атомів Н. Відповідно, чотири МО із шести зайняті.
x y z
1 O 0. 0. 0.
2 H 0. 0.76 0.59
3 H 0. -0.76 0.59

Матриця коефіцієнтів розкраду МО по АО для молекули води, отримана півемпіричним методом РМЗ, має наступний вигляд:

1 O

0.878

0.

0.

-0.108

0.

0.

0.770

0.

0.339

0.

0.

0.826

0.

1.000

0.

0.

0.336

0.

0.

-0.552

0.

0.

0.638

0.

2 H 1s 0.329 0.451 -0.317 0. 0.539 -0.545
3 H 1s 0.329 -0.451 -0.317 0. 0.539 0.545

Щоб визначити симетрію кожної МО, необхідно проаналізувати коефіцієнти . Так як у одну й ту ж МО не могуть входити атомні чи симетризовані орбіталі, які перетворюються по різним неприводимим представленням (НП) групи, для визначення симетрії МО достатньо розглянути лише декотрі найбільш характерні вклади:

  • У молекулярну орбіталь с ненульовими коефіцієнтами входять лише повносиметричні АО: та повносиметрична комбінація з цього слідує, що МО має симетрію .
  • МО має симетрію , оскільки вона побудована з АО і симетризованої орбіталі виду які перетворюються по НП .
  • МО має симетрію , оскільки, як і для , вона є лінійною комбінацією орбіталей, які перетворюються по цьому НП. Тк як це вже друга МО симетрії , їй присвоюється номер 2: "" на відміну від МО .
  • HOMO складається тільки з АО атома О і має симетрію .
  • LUMO включає АО , цього достатньо, щоб приписати їй симетрію ; це третя повносиметрична МО.
  • МО з більшим вкладом АО має симетрію .

Таким чином, згідно результатам даного розрахунку, молекула води в основному стані має електронну конфігурацію

Джерела[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]

  • Attila Szabo and Neil S. Ostlund (1996). Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory (англ.). Mineola, N. Y.: Dover Publications, Inc. с. 864. ISBN 978-0486691862. 
  • Ластухін Ю. О., Воронов С. А. Органічна хімія. — 2-ге, перероб. і доп.. — Львів : Центр Європи, 2001. — ISBN 966-7022-19-6.


CHEM: Це незавершена стаття з хімії.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.
Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.