اوربیتال مولکولی 2

قبلا خواندید که....

اوربیتال های مولکولی سیگما

اگر تشکیل یک مولکول دو اتمی را از طریق نزدیک شدن اتم ها در امتداد یکی از محورها مثلاً x به صورت خطی در نظر بگیریم، دو اوربیتال اتمی (مثلا 1S) به یکدیگر نزدیک می‌شوند و در نتیجه همپوشانی، دو اوربیتال مولکولی پیوندی سیگما و ضد پیوندی سیگما را به وجود می‌آورند. تمام اوربیتال های سیگما، نسبت به محور بین دو هسته کاملا متقارنند و چرخش مولکول به دور این محور ، تغییر قابل مشاهده‌ای در شکل اوربیتال بوجود نمی‌آورد.

نمودار تراز انرژی تشکیل اوربیتال های مولکولی  و از اوربیتال های اتمی 1S دو اتم به شکل زیر می‌باشد:

هر اوربیتال مولکولی می‌تواند دو الکترون با اسپین مخالف را در خود جای دهد. در مولکول هیدروژن، دو الکترون (با اسپین های جفت شده) اوربیتال را که اوربیتالی در دسترس با حداقل انرژی است اشغال می‌کنند. اوربیتالهای

را که اوربیتالی در دسترس با حداقل انرژی است اشغال می‌کنند. اوربیتال اشغال نشده است. تعداد پیوند (مرتبه پیوند)، در هر مولکول عبارت است از نصف تفاضل الکترونهای ضد پیوندی از الکترونهای پیوندی.

برای H₂ داریم:

در مورد ترکیب دو اتم هلیوم، باید مجموع چهار الکترون در دو اوربیتال مولکولی جای داده شوند. با جای دادن دو الکترون در اوربیتال  دو الکترون دیگر ناگزیر  را اشغال می‌کنند. از این رو مرتبه پیوند مولکول فرضی He₂ عبارتست از:

0=(2-2)1/2=مرتبه پیوند

لذا هلیوم به صورت مولکولی He₂ نمی‌تواند وجود داشته باشد. اثر جدا کننده الکترون های ضد پیوندی، اثر اتصال دهنده الکترون های پیوندی را خنثی می کند. شواهدی در دست است که نشان می دهد یون های مولکولی⁺ H₂ و ⁺ He₂ می توانند در شرایط ویژه ای وجود داشته باشند. ترکیب دو اوربیتال 2S ، اوربیتال های مولکولی و 2*S خ´ را بوجود می‌آورند که با اوربیتال های و ناشی از ترکیب دو اوربیتال 1S مشابهند.

اما اوربیتال های مولکولی حاصل از ترکیب اوربیتال های اتمی 2P کمی پیچیده‌ترند. سه اوربیتال 2P هر اتم، در محورهای مختصات دکارتی z ، y ، x قرار دارند. اگر تشکیل یک مولکول دو اتمی از طریق نزدیک شدن سر به سر دو اوربیتال اتمی ( و یا ) صورت گیرد، در نتیجه همپوشانی، دو اوربیتال مولکولیو را بوجود می‌آورند .

اوربیتال های مولکولی پی

اگر در تشکیل یک مولکول دو اتمی، دو اوربیتال اتمی (مثلا P_Z) از پهلو بهم نزدیک شوند، دو اوربیتال مولکولی، یکی اوربیتال مولکولی پیوندی پی  و دیگری اوربیتال مولکولی ضد پیوندی پی ستاره را بوجود می‌آورند.

اوربیتال های پای نسبت به محور بین دو هسته تقارن استوانه‌ای ندارند. نزدیک شدن دو اوربیتال P از پهلو، به تشکیل اوربیتال پای می‌انجامد، که متشکل از دو ناحیه تراکم بار الکترونی است. این تراکم بار الکترونی در ناحیه بالا و پایین محور بین دو هسته قرار دارند. در هر حال اثر نهایی اوربیتال پای ، بهم نگهداشتن مولکول است. اوربیتال پای ستاره ، در ناحیه بین دو هسته، چگالی الکترونی کمی دارد. اثر نهایی مولکول پای ستاره جدا کردن دو اتم از یکدیگر است.

سطح انرژی اوربیتال‌های مولکولی

انرژی یک اوربیتال مولکولی به انرژی اوربیتال‌های اتمی تشکیل دهنده آن و همچنین به انرژی اوربیتال‌های اتمی تشکیل دهنده آن و همچنین به میزان و نوع همپوشانی اوربیتال‌های اتمی که در تشکیل آن صورت می‌گیرد، بستگی دارد. به این ترتیب، انرژی هر دو اوربیتال مولکولی و  پایین تر از انرژی هر اوربیتال مولکولی است که اوربیتال های اتمی 2Pحاصل می شود. انرژی اوربیتال های و پایین تر از انرژی هر یک از دو اوربیتال  می باشد. زیرا میزان همپوشانی اوربیتال های 2PX بیشتر از میزان همپوشانی 2PY و 2PZ می باشد.

در مولکول‌هایی که اوربیتال‌های مولکولی از همپوشانی بین یک اوربیتال Px و s حاصل می‌شود (تاثیر متقابل s-p)، این همپوشانی اضافی پیوند به ازای تضعیف پیوند ، تقویت می‌شود و همچنین تاثیر متقابل s-p باعث کاهش انرژی اوربیتال و افزایش انرژی  می‌شود. بنابراین سطح انرژی برای مولکول‌های جور هسته متشکل از عناصر گروه دوم (به جز O₂ و F₂ ) پایین تر از سطح انرژی  می‌باشد. البته تاثیر متقابل s-p به میزان نزدیک تر انرژی اوربیتال‌های p و  s بستگی دارد. اگر تفاوت انرژی این دو اوربیتال خیلی زیاد باشد (مثل O₂ و F₂ ) این تاثیر اضافی مساله بوجود نمی آورد.

مرکز یادگیری تبیان - تهیه و تنظیم: فاطمه گودرزی