Orbital molecular

ÔĽŅ
Orbital molecular

En química cuántica, los orbitales moleculares son los orbitales (funciones matemáticas) que describen el comportamiento ondulatorio que pueden tener los electrones en las moléculas. Estas funciones pueden usarse para calcular propiedades químicas y físicas tales como la probabilidad de encontrar un electrón en una región del espacio. El término orbital fue utilizado por primera vez en inglés por Robert S. Mulliken en 1925 como una traducción de la palabra alemana utilizada por Erwin Schrödinger,'Eigenfunktion'. Desde entonces se considera un sinónimo a la región del espacio generada con dicha función. Los orbitales moleculares se construyen habitualmente por combinación lineal de orbitales atómicos centrados en cada átomo de la molécula. Utilizando métodos de cálculo de la estructura electrónica, como por ejemplo, el método de Hartree-Fock se pueden obtener de forma cuantitativa.

Contenido

Configuración electrónica

Los orbitales moleculares se utilizan para especificar la configuración electrónica de las moléculas, que permite describir el estado electrónico del sistema molecular como un producto antisimetrizado de los espín-orbitales. Para ello se suelen representar los orbitales moleculares como una combinación lineal de orbitales atómicos (también denominado LCAO-MO). Una aplicación importante es utilizar orbitales moleculares aproximados como un modelo simple para describir el enlace en las moléculas.

La mayor√≠a de los m√©todos de qu√≠mica cu√°ntica empiezan con el c√°lculo de los orbitales moleculares del sistema. El orbital molecular describe el comportamiento de un electr√≥n en el campo el√©ctrico generado por los n√ļcleos y una distribuci√≥n promediada del resto de los electrones. En el caso de dos electrones que ocupan el mismo orbital, el principio de exclusi√≥n de Pauli obliga a que tengan espines opuestos. Hay que destacar que existen m√©todos m√°s elaborados que no utilizan la aproximaci√≥n introducida al considerar la funci√≥n de onda como un producto de orbitales, como son los m√©todos basados en el uso de funciones de onda de dos electrones (geminales).

Obtención cualitativa de orbitales moleculares

Con el fin de describir cualitativamente la estructura molecular se pueden obtener los orbitales moleculares aproximándolos como una combinación lineal de orbitales atómicos.

Algunas reglas sencillas que permiten obtener cualitativamente los orbitales moleculares son:

  • El n√ļmero de orbitales moleculares es igual al n√ļmero de orbitales at√≥micos incluidos en la expansi√≥n l√≠neal.
  • Los orbitales at√≥micos se mezclan m√°s (es decir, contribuyen m√°s a los mismos orbitales moleculares) si tienen energ√≠as similares. Esto ocurre en el caso de mol√©culas diat√≥micas homonucleares como el O2. Sin embargo en el caso de que se unan diferentes n√ļcleos la desigual carga (y por tanto la carga efectiva y la electronegatividad) hacen que el orbital molecular se deforme. De esta manera los dos orbitales 1s del hidr√≥geno se solapan al 50% contribuyendo por igual a la formaci√≥n de los dos orbitales moleculares, mientras que en el enlace H-O el ox√≠geno tiene un coeficiente de participaci√≥n mayor y el orbital molecular se parecer√° m√°s al orbital at√≥mico del oxigeno (seg√ļn la descripci√≥n matem√°tica de la funci√≥n de onda)
  • Los orbitales at√≥micos s√≥lo se mezclan si lo permiten las reglas de simetr√≠a: los orbitales que se transforman de acuerdo con diferentes representaciones irreducibles del grupo de simetr√≠a no se mezclan. Como consecuencia, las contribuciones m√°s importantes provienen de los orbitales at√≥micos que m√°s solapan (se enlacen).

La molécula de hidrógeno

Como ejemplo simple, es ilustrativa la molécula de dihidrógeno H2, con dos átomos etiquetados H' y H". Los orbitales atómicos más bajos en energía, 1s' y 1s", no se transforman de acuerdo con la simetría de la molécula. Sin embargo, las siguientes combinaciones líneales sí lo hacen:

1s' - 1s" Combinación antisimétrica: negada por reflexión, inalterada por las otras operaciones
1s' + 1s" Combinación simétrica: inalterada por todas las operaciones

En general, la combinación simétrica (llamada orbital enlazante) está más baja en energía que los orbitales originales, y la combinación antisimétrica (llamada orbital antienlazante) está más alta. Como la molécula de dihidrógeno H2 tiene dos electrones, los dos pueden ser descritos por el orbital enlazante, de forma que el sistema tiene una energía más baja (por tanto, es más estable) que dos átomos de hidrógenos libres. Esto se conoce como enlace covalente.

La aproximaci√≥n de orbitales moleculares como combinaci√≥n lineal de orbitales at√≥micos (OM-CLOA) fue introducida en 1929 por Sir John Lennard-Jones. Su publicaci√≥n mostr√≥ c√≥mo derivar la estructura electr√≥nica de las mol√©culas de difl√ļor y diox√≠geno a partir de principios cu√°nticos. Este acercamiento cuantitativo a la teor√≠a de orbitales moleculares represent√≥ el nacimiento de la qu√≠mica cu√°ntica moderna.

Tipos de orbitales moleculares

Al enlazar dos √°tomos, los orbitales at√≥micos se fusionan para dar orbitales moleculares :

  • Enlazantes: De menor energ√≠a que cualquiera de los orbitales at√≥micos a partir de los cuales se cre√≥. Se encuentra en situaci√≥n de atracci√≥n, es decir, en la regi√≥n internuclear. Contribuyen al enlace de tal forma que los n√ļcleos positivos vencen las fuerzas electrost√°ticas de repulsi√≥n gracias a la atracci√≥n que ejerce la nube electr√≥nica de carga negativa que hay entre ellos hasta una distancia dada que se conoce como longitud de enlace.
  • Antienlazantes: De mayor energ√≠a, y en consecuencia, en estado de repulsi√≥n.

Los tipos de orbitales moleculares son:

Orbit.jpg
  1. Orbitales ŌÉ enlazantes: Combinaci√≥n de orbitales at√≥micos s con p (s-s p-p s-p p-s). Enlaces "sencillos" con grado de deslocalizaci√≥n muy peque√Īo. Orbitales con geometr√≠a cil√≠ndrica alrededor del eje de enlace.
  2. Orbitales ŌÄ enlazantes: Combinaci√≥n de orbitales at√≥micos p perpendicuales al eje de enlace. Electrones fuertemente deslocalizados que interaccionan f√°cilmente con el entorno. Se distribuyen como nubes electr√≥nicas por encima y debajo del plano de enlace.
  3. Orbitales ŌÉ* antienlazantes: Versi√≥n excitada (de mayor energ√≠a) de los enlazantes.
  4. Orbitales ŌÄ* antienlazantes: Orbitales ŌÄ de alta energ√≠a.
  5. Orbitales n: Para moléculas con heteroátomos (como el N o el O, por ejemplo). Los electrones desapareados no participan en el enlace y ocupan este orbital.

Los orbitales moleculares se "llenan" de electrones al igual que lo hacen los orbitales atómicos:

  • Por orden creciente del nivel de energ√≠a: Se llenan antes los orbitales enlazantes que los antienlazantes, siguiendo entre estos un orden creciente de energ√≠a. La mol√©cula tender√° a rellenar los orbitales de tal modo que la situaci√≥n energ√©tica sea favorable.
  • Siguiendo el principio de exclusi√≥n de Pauli: Cuando se forman los orbitales at√≥micos estos podr√°n albergar como m√°ximo dos electrones, teniendo estos espines distintos.
  • Aplicando la regla de m√°xima multiplicidad de Hund: Los orbitales moleculares degenerados (con el mismo nivel de energ√≠a) tienden a repartir los electrones desapare√°ndolos al m√°ximos (espines paralelos). Esto sucede para conseguir orbitales semillenos que son m√°s estables que una subcapa llena y otra vac√≠a debido a las intensas fuerzas repulsivas entre los electrones. Gracias a ello podemos dar explicaciones a propiedades de ciertas mol√©culas como el paramagnetismo del ox√≠geno molecular (el orbital m√°s externo de la mol√©cula tiene electrones desapareados que interaccionan con un campo magn√©tico)

Seg√ļn estas reglas se van completando los orbitales. Una mol√©cula ser√° estable si sus electrones se encuentran de forma mayoritaria en orbitales enlazantes y ser√° inestable si se encuentran en orbitales antienlazantes:

  • Al combinar dos orbitales 1s del hidr√≥geno se obtienen dos orbitales moleculares sigma, uno enlazante (de menor energ√≠a) y otro
    antienlazante (de mayor energ√≠a). Los dos electrones de valencia se colocan con espines antiparalelos en el orbital ŌÉ y el orbital ŌÉ*
    queda vac√≠o : la mol√©cula es estable.
  • Al combinar dos orbitales 1s de helio se forman dos orbitales moleculares sigma y los cuatro electrones llenan todos los
    orbitales. Sin embargo los orbitales antienlazantes fuerzan a la molécula a disociarse y se vuelve inestable, por ello no
    existe molécula de He2.

Véase también


Wikimedia foundation. 2010.

Mira otros diccionarios:

  • Orbital molecular ‚ÄĒ En qu√≠mica cu√°ntica, los orbitales moleculares son los orbitales (funciones matem√°ticas que describen los estados que los electrones) que pueden tener en las mol√©culas. Los orbitales moleculares se construyen por combinaci√≥n lineal de orbitales… ‚Ķ   Enciclopedia Universal

  • Diagrama de orbital molecular ‚ÄĒ Saltar a navegaci√≥n, b√ļsqueda Un diagrama de orbitales moleculares o diagrama OM es una herramienta de descripci√≥n cualitativa que explica el enlace qu√≠mico en las mol√©cula en t√©rminos de la teor√≠a del orbital molecular en general, y del m√©todo… ‚Ķ   Wikipedia Espa√Īol

  • Orbital ‚ÄĒ may refer to: In chemistry and physics: Atomic orbital Molecular orbital In astronomy and space flight: Orbit Orbital resonance Orbital period Orbital plane (astronomy) Orbital elements Orbital speed Orbital maneuver Orbital spaceflight In… ‚Ķ   Wikipedia

  • Orbital ‚ÄĒ puede hacer referencia a: El orbital at√≥mico El orbital molecular Orbital (banda), grupo de m√ļsica brit√°nico. Periodo orbital, tiempo que tarda un astro en completar su √≥rbita. Velocidad orbital, velocidad a la que recorre un astro en su √≥rbita.… ‚Ķ   Wikipedia Espa√Īol

  • Molecular orbital ‚ÄĒ See also: Molecular orbital theory In chemistry, a molecular orbital (or MO) is a mathematical function describing the wave like behavior of an electron in a molecule. This function can be used to calculate chemical and physical properties such… ‚Ķ   Wikipedia

  • Orbital at√≥mico ‚ÄĒ Orbitales at√≥micos y moleculares. El esquema de la izquierda es la regla de Madelung para determinar la secuencia energ√©tica de orbitales. El resultado es la secuencia inferior de la imagen. Hay que tener en cuenta que los orbitales son funci√≥n… ‚Ķ   Wikipedia Espa√Īol

  • Orbital ‚ÄĒ ‚Ėļ adjetivo ANATOM√ćA, ASTRON√ĀUTICA, ASTRONOM√ćA, F√ćSICA Que tiene relaci√≥n con la √≥rbita: ‚Ė† el sat√©lite cruzar√° el curso orbital de un astro. SIN√ďNIMO [orbitario] * * * orbital adj. De la √≥rbita. ‚äö adj. Anat. Se aplica a cada uno de los *huesos que ‚Ķ   Enciclopedia Universal

  • Orbital de enlace ‚ÄĒ Este art√≠culo o secci√≥n necesita referencias que aparezcan en una publicaci√≥n acreditada, como revistas especializadas, monograf√≠as, prensa diaria o p√°ginas de Internet fidedignas. Puedes a√Īadirlas as√≠ o avisar ‚Ķ   Wikipedia Espa√Īol

  • Orbital de antienlace ‚ÄĒ En el contexto de la teor√≠a de orbitales moleculares, un orbital de antienlace es aquel orbital molecular caracterizado porque hay una densidad electr√≥nica peque√Īa entre los n√ļcleos at√≥micos, existiendo uno o m√°s nodos perpendiculares al eje… ‚Ķ   Wikipedia Espa√Īol

  • Orbital de no enlace ‚ÄĒ En el contexto de la teor√≠a de orbitales moleculares, un orbital de no enlace o orbital noenlazante es aquel orbital molecular caracterizado porque hay una densidad electr√≥nica similar a la de los √°tomos que colaboran en √©l. Seg√ļn el m√©todo de… ‚Ķ   Wikipedia Espa√Īol


Compartir el artículo y extractos

Link directo
… Do a right-click on the link above
and select ‚ÄúCopy Link‚ÄĚ

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.