Główna różnica – orbitale molekularne wiążące vs antywiążące

Teoria orbitali molekularnych wyjaśnia wiązania chemiczne między atomami w cząsteczce. Stwierdza, że ​​dwa orbitale atomowe nakładają się na siebie, aby utworzyć wiązanie. To nakładanie się powoduje mieszanie się dwóch orbitali, tworząc orbital molekularny. Istnieją dwa rodzaje orbitali molekularnych: orbitale wiążące i orbitale antywiążące. Orbitale molekularne wiążące składają się z elektronów wiążących. Te elektrony są sparowane ze sobą tworząc wiązanie kowalencyjne. Orbitale molekularne antywiążące znajdują się poza wiązaniem, ponieważ nie uczestniczą w wiązaniu. Główną różnicą między orbitalami molekularnymi wiążącymi i antywiążącymi jest to, że wiążące orbitale molekularne reprezentują kształt cząsteczki, podczas gdy antywiążące orbitale molekularne nie przyczyniają się do określenia kształtu cząsteczki.

Kluczowe obszary objęte

1. Czym są wiążące orbitale molekularne? – Definicja, struktury, wkład w wiązanie chemiczne 2. Czym są antywiążące orbitale molekularne? – Definicja, struktury, wkład w wiązanie chemiczne 3. Jaka jest różnica między orbitalami molekularnymi wiążącymi a antywiążącymi? – Porównanie kluczowych różnic

Kluczowe terminy: antywiążący orbital molekularny, znak gwiazdki, orbital atomowy, para elektronów wiążących, wiążący orbital molekularny, teoria orbitali molekularnych

Czym są wiążące orbitale molekularne?

Wiązanie orbitali molekularnych to rodzaj orbitali molekularnych, które biorą udział w tworzeniu wiązania chemicznego. Te orbitale powstają w wyniku nakładania się dwóch orbitali atomowych dwóch różnych atomów. To nakładanie się powoduje mieszanie się dwóch orbitali atomowych, tworząc orbitale molekularne. Aby mogły być w ten sposób zmieszane, dwa orbitale atomowe powinny mieć porównywalne energie i prawidłową symetrię.

Gęstość elektronowa wiążących orbitali molekularnych jest wyższa niż w przypadku orbitali antywiążących. Energia tych wiążących orbitali molekularnych jest mniejsza niż energii orbitali atomowych, które zmieszano razem, tworząc wiążący orbital molekularny. Te wiążące orbitale molekularne są bardziej stabilne, ponieważ niższy poziom energii wskazuje na wyższą stabilność.

Ponadto wiążące orbitale molekularne przyczyniają się do określenia geometrii molekularnej określonej cząsteczki. Przestrzenny układ tych wiążących orbitali molekularnych reprezentuje kształt cząsteczki, ponieważ pary elektronów wiążących znajdują się w tych wiążących orbitali molekularnych.

Rysunek 1: Molekularny schemat orbitalny H₂

Powyższy obraz przedstawia molekularny diagram orbitalny He₂ cząsteczka. Orbitale atomowe dwóch atomów H pokazano po prawej i lewej stronie. W środku pokazano orbitale wiążące i antywiążące. Tutaj orbital wiążący jest podany jako σ_1s ponieważ jest to orbital wiążący orbitalu 1s H. „E” reprezentuje energię. Dlatego poziom energii wiążących orbitali molekularnych jest niższy niż w przypadku orbitali molekularnych przeciwwiążących i orbitali atomowych.

Czym są antywiążące orbitale molekularne?

Orbitale molekularne antywiążące to orbitale zawierające elektrony poza obszarem pomiędzy dwoma jądrami atomowymi. Elektrony na orbitalach antywiążących zmniejszają stabilność cząsteczki, ponieważ elektrony te spędzają większość czasu poza jądrami atomowymi. Dlatego gęstość elektronowa orbitali molekularnych antywiążących jest mniejsza w porównaniu z orbitalami molekularnymi wiążącymi, a orbitale molekularne antywiążące wskazują gęstość elektronową poza wiązaniem.

Orbitale molekularne antywiążące mają wyższą energię niż orbitale atomowe i orbitale molekularne wiążące. Dzieje się tak, ponieważ elektrony na tych orbitalach nie przyczyniają się do zmniejszenia odpychania między dwoma jądrami atomowymi. Dlatego stabilność związków zawierających elektrony w antywiążących orbitalach molekularnych jest mniejsza. Jednak w stabilnych związkach obecność elektronów w antywiążących orbitalach molekularnych jest zerowa lub mniejsza. Przestrzenny układ antywiążących orbitali molekularnych nie determinuje kształtu ani geometrii cząsteczki.

Rysunek 2: Molekularna energia orbitalna He₂ Cząsteczka

Zgodnie z powyższym obrazem gęstość elektronów w orbitalu molekularnym wiążącym jest równa gęstości orbitalu molekularnego przeciwwiążącego. Dlatego jest to bardzo niestabilna cząsteczka. Stąd He₂ cząsteczka nie istnieje. Orbital molekularny przeciwdziałający wiązaniu jest podany jako σ*.

Różnica między orbitalami molekularnymi wiążącymi i antywiążącymi

Definicja

Wiązanie orbitali molekularnych: Wiązanie orbitali molekularnych to rodzaj orbitali molekularnych, które biorą udział w tworzeniu wiązania chemicznego.

Antywiążące orbitale molekularne: Orbitale molekularne antywiążące to orbitale zawierające elektrony poza obszarem pomiędzy dwoma jądrami atomowymi.

Gęstość elektronowa

Wiązanie orbitali molekularnych: Gęstość elektronowa w wiążących orbitalach molekularnych jest wyższa.

Antywiążące orbitale molekularne: Gęstość elektronowa w antywiążących orbitalach molekularnych jest niska.

Energia

Wiązanie orbitali molekularnych: Energia wiązania orbitalu molekularnego jest porównywalnie niższa.

Antywiążące orbitale molekularne: Energia antywiążącego orbitalu molekularnego jest porównywalnie wyższa.

Reprezentacja

Wiązanie orbitali molekularnych: Wiążące orbitale molekularne są przedstawione bez znaku gwiazdki (*).

Antywiążące orbitale molekularne: Orbitale molekularne zapobiegające wiązaniu są reprezentowane za pomocą znaku gwiazdki (*).

Geometria cząsteczki

Wiązanie orbitali molekularnych: Geometria cząsteczki jest reprezentowana przez przestrzenny układ wiążących orbitali molekularnych.

Antywiążące orbitale molekularne: Geometria cząsteczki nie zależy od przestrzennego rozmieszczenia antywiążących orbitali molekularnych.

Elektrony

Wiązanie orbitali molekularnych: Elektrony w wiążącym orbitalu molekularnym przyczyniają się do tworzenia wiązania.

Antywiążące orbitale molekularne: Elektrony w antywiążących orbitalach molekularnych nie przyczyniają się do tworzenia wiązania.

Stabilność

Wiązanie orbitali molekularnych: Stabilność wiążących orbitali molekularnych jest stosunkowo wyższa.

Antywiążące orbitale molekularne: Stabilność antywiążących orbitali molekularnych jest stosunkowo niższa.

Wniosek

Teoria orbitali molekularnych wyjaśnia powstawanie wiązania chemicznego między dwoma atomami poprzez nakładanie się lub mieszanie orbitali atomowych. To mieszanie orbitali atomowych tworzy nowe orbitale zwane orbitalami molekularnymi. Orbitale molekularne można znaleźć jako orbitale molekularne wiążące lub orbitale molekularne przeciwwiążące. Główną różnicą między orbitalami wiążącymi i antywiążącymi jest to, że orbitale molekularne wiążące reprezentują kształt cząsteczki, podczas gdy orbitale molekularne antywiążące nie przyczyniają się do określenia kształtu cząsteczki.

Bibliografia:

1. „Bonding and Antibonding Molecular Orbitals – Boundless Open Textbook”. Bezgraniczny. Bezgraniczna, 26 maja 2016 r. Sieć. Dostępny tutaj. 10 sierpnia 2017 r. 2. „Orbitale wiążące i antywiążące”. Chemia LibreTexts. Libretexts, 19.06.2017. Web. Dostępny tutaj. 10 sierpnia 2017 r.

Zdjęcie dzięki uprzejmości:

1. „Dihydrogen-MO-Diagram” Autor: CCoil (dyskusja) – Praca własna (CC BY-SA 3.0) przez Commons Wikimedia2. „Orbital antywiążący He2” Autor: Helvet - Praca własna (GFDL) przez Commons Wikimedia