Теорія молекулярних орбіталей

Атоми об'єднуються в молекули завдяки хімічним зв'язкам. Причому беруть участь у освіту цих зв'язків електрони, що знаходяться у зовнішньому шарі цих атомів. Існує декілька теорій, що описують процес зв'язування. Одна з них -- теорія валентних зв'язків, відповідно до якої зв'язку між атомами утворюються, коли атоми обмінюються електронними парами з перекриваються орбіталей. Інша - теорія молекулярних орбіталей.

Такого роду приблизні теорії корисні, оскільки ми отримуємо простий, інтуїтивно зрозумілий спосіб представлення фізичних процесів. З іншого боку, сучасні комп'ютери дають нам можливість з високою точністю обчислити енергії зв'язку, однак такі обчислення нітрохи не наближають нас до розуміння того, що ж відбувається, коли атоми з'єднуються. Роль теорій саме в тому і полягає, щоб дати нам це розуміння.

В основі теорії молекулярних орбіталей лежить уявлення про те, що електронна орбіталь в атомі описується хвильової функції (див. Рівняння Шредінгера). Теорія пояснює, як при протіканні хімічної реакції атомні орбіталі перетворюються в молекулярні. Як і більшість відомих нам типів хвиль, хвильові функції електронів в орбіталях зазнають інтерференцію. Виявляється, орбіталі в молекулах можна, з гарним наближенням, представити як результат інтерференції хвильових функцій атомів.

Наприклад, розглянемо, що відбувається при взаємодії двох атомних орбіталей сусідніх атомів. Якщо в області перекривання орбіталей хвильові функції зазнають конструктивну інтерференцію, електрони більшу частину часу проводять між ядрами, притягаючи атоми один до одного. З іншого боку, якщо інтерференція в області перекривання деструктивна, електронна щільність між ядрами дорівнює нулю, і між атомами виникає результуюча сила відштовхування. Таким чином, дві атомні орбіталі об'єднуються з утворенням двох молекулярних орбіталей: один прагне зв'язати атоми (зв'язує молекулярна орбіталь), а інша - відштовхнути їх (розпушуються молекулярна орбіталь). І їх взаємодія визначає, чи буде утворена стабільна молекула.

Щоб зрозуміти, як працює ця модель, спробуємо розібратися, чому водень утворює молекулу з двох атомів, а гелій - з одного. В освіті зв'язку між двома атомами водню беруть участь по одному електрону від кожного атома, а на нижчому (що зв'язує) молекулярної орбіталі як раз є місце для двох електронів. Електрони основний час знаходяться між ядрами, значить атоми притягаються і молекула водню може утворитися. У гелію ж в утворенні зв'язку між двома атомами беруть участь чотири електрони, тому зайняті як що пов'язує, так і розпушуються атомні орбіталі. Чисельні обчислення показують, що в цьому випадку буде переважати ефект відштовхування, і, навіть якщо молекули гелію утворюються, вони будуть вкрай нестабільні. Тому молекула газу гелію складається з одного атома.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://elementy.ru