분자 궤도 이론

핵심 개념

이 기사에서 우리는 분자 역학의 중요한 개념 인 분자 궤도 이론에 대해 배웁니다.

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분자 궤도 이론이란 무엇입니까?

분자 궤도 이론 (MOT)은 원자 사이의 결합 형성을 설명하는 데 도움이되는 원자가 결합 이론 (VBT)과 함께 두 가지 기본 결합 이론 중 하나입니다. 특히, 분자 궤도 이론은 결합이 화학적으로 원자 행동을 어떻게 변화시키는 지 설명하는데 유용하다. 또한, 이론은 신경 산소의 상자성 특성과 같은 원자가 결합 이론에 의해 설명되지 않은 현상에 대한 이론을 설명한다.

가장 기본적인 분자 궤도 이론에서 결합의 형성은 분자 궤도를 형성하기 위해 원자 원자가 궤도의 혼합을 포함한다는 것을 나타냅니다. 이것은 원자가 결합 이론과 다르며, 이는 원자 궤도에 머무르는 공유 원자가 전자로부터 결합이 형성된다고 말합니다.

분자 궤도 형성

본질적으로 화학적 결합은 서로의 전자에 끌리는 두 원자의 핵을 포함합니다. 두 핵이 서로 접근함에 따라이 매력적인 힘이 증가합니다. 그러나, 두 원자는 또한 핵과 전자의 같은 전하로 인해 더 짧은 거리에서 서로를 격퇴한다. 궁극적으로, 반발력이 상호 작용을 지배하기 전에 원자가 서로 가장 끌리는 거리가 있습니다. 두 원자가이 완벽한 매력적인 거리에 도달하면 화학적으로 결합 된 것으로 간주됩니다. 이 거리는 다음 그래프에서 최소 (3)로 표시됩니다.

분자 궤도 이론 하에서, 두 원자의 원자가 궤도는 혼합되어 분자 궤도를 형성한다. 원자가 전자가 이러한 새로운 분자 궤도를 채울 때, 결과적으로 원자 궤도를 차지할 때와 다르게 행동합니다. 따라서, 분자 궤도 이론 하의 결합은 본질적으로 관련된 원자의 화학적 거동을 변화시킨다.

양자 역학의 법칙에 따르면, 원자가 궤도의 수는 각 원자에 대해 일정하게 유지되어야합니다. 따라서, 두 s 라면 2 개의 하이드로겐 혼합물의 원자가 궤도, 2 개의 분자 궤도 형태 :시그마 결합 궤도 및 시그마 안티 딩 궤도. 전자가 결합 궤도를 차지할 때, 원자의 잠재적 에너지는 상호 인력 형태의 시그마 결합으로 떨어집니다. 그러나 바 정확히 궤도 궤도는 무엇입니까?

결합 및 안티 본드

공간적으로, 두 핵이 원자가 전자 사이에 인력을 갖기 위해서는이 전자가 두 핵 사이의 일부 공간을 차지해야한다. 이 공간은 결합 궤도입니다.

우리는 또한 핵이 핵 반대편의 공간을 차지하는 전자와 접근한다고 상상할 수 있습니다. 이 경우, 전자에 대한 핵의 매력은 핵을 서로 떨어 뜨려 결합을 방지합니다. 이 공간은 안티 본딩 궤도입니다.

또한, 전자가 소리 나 빛과 같은 파도로 계산된다는 것을 기억하면 공유 전자의 파도 사이의 건설적인 상호 작용으로 결합을 생각할 수 있습니다. 원자 궤도가 "상속"일 때의 조합은 전자가 핵 사이의 공간을 차지하고 상호 작용이 스스로를 강화하여 결합을 형성한다는 것을 의미합니다. 그러나 전자가 "위상 외"인 경우, 둘 다 핵 사이의 공간을 차지하지 않는다면 상호 작용은 파괴적이며 핵 사이의 추가적인 매력을 방지합니다.

원자가 결합 이론과 분자 궤도 이론의 차이

다음 표는 원자가 결합 이론과 분자 궤도 이론의 차이를 요약합니다.

분자 궤도 이론에서의 결합 사례

이제 우리는 결합과 항의 모두를 이해 했으므로 몇 가지 예를 살펴 보겠습니다.

h ₂ 본드 형성

우리가 두 개의 중립적으로 충전 된 수소가있을 때, 두 원자는 개별적으로 1 s 에 하나의 원자가 전자를 갖는다. 궤도 함수. 하이드로겐이 접근함에 따라, 그들의 원자가 궤도는 혼합되어 시그마 결합 및 안티 본딩 궤도를 형성한다. 우리는 분자 궤도 다이어그램을 사용하여 이러한 궤도 형성을 발현 할 수 있습니다.

앞에서 언급했듯이 결합 궤도는 잠재적 에너지의 감소를 포함합니다. 반대로, 안티 본딩은 원자가 다가오는 것에 저항함에 따라 잠재적 에너지의 증가를 포함한다. 분자 궤도 다이어그램은 이러한 에너지 변화를 반영합니다. 구체적으로, 그것은 Sigma 결합 및 안티 본딩 궤도를 각각 및 원자가 궤도 위에 표시합니다.

원자는 잠재적 에너지를 낮추기 위해 노력하기 때문에 단일 원자가 전자는 시그마 본딩 궤도를 채우고 결합을 형성합니다.

o ₂ 본드 형성

2 개의 중성으로 충전 된 산소로, 두 원자는 4 개의 궤도 2em에 걸쳐 6 개의 총 원자가 전자를 갖는다. 및 2em P 에너지 수준. 모든 원자가 궤도는 분자 궤도를 형성하기 때문에, 두 분자 사이의 8 개의 총 원자가 궤도가 혼합되어 8 개의 분자 궤도를 형성한다. 수소와 마찬가지로 2ems 궤도는 시그마 결합 및 시그마 안티 딩 궤도를 형성합니다. 3 개의 2 p 의 두 세트 궤도는 동일한 시그마 궤도를 형성하고 2 개의 pi- 결합 및 안티 딩 궤도를 형성합니다.

둘 다 2 s 산소의 궤도는 시그마 결합 및 안티 딩 궤도를 채우는 두 개의 전자를 보유하고 있습니다. 둘 다 2 p 궤도에는 4 개의 전자가 있으며, 두 산소 사이에 8 개의 전자가 있습니다. 가장 낮은 에너지 궤도가 먼저 채워지기 때문에, 시그마와 PI 궤도는 채워져 2 개의 전자가 Pi 안티본 궤도를 차지하게됩니다. Hund의 규칙으로 인해 전자는 각각 별도의 안티본 궤도를 차지합니다.

요약하면, o ₂ Sigma Bonds와 하나의 Sigma Bonds가 있으며 Sigma Bond는 하나의 Sigma Bonds를 가지고 있습니다. 또한, 분자는 2 개의 PI 결합과 2 개의 반으로 채워진 PI 안테이블드를 가지며, 이는 궁극적으로 1 개의 PI 결합을 그물로 그물을받습니다. 하나의 시그마와 하나의 PI 결합으로, 분자 결합 이론은 산소가 원자가 결합 이론과 일치하는 이중 결합을 가지고 있다고 예측한다.

또한, 앞에서 언급 한 바와 같이, 별도의 항체에 두 전자의 배치는 o ₂ 를 만듭니다. 상자성. 액체를 부을 때이 상자성을 관찰 할 수 있습니다. o ₂ 강한 자석의 극 사이. 결과적으로 액체 산소가 자기장에 갇히게됩니다.

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