La théorie des
orbitales moléculaires, ou la théorie de la MO, est un procédé de liaison entre
des atomes d'expliquer en termes d'électrons étant répartis autour d'une
molécule plutôt que localisées autour des atomes, contrairement à la théorie de
la liaison de valence, ou la théorie de la VB. Les électrons dans les atomes
sont disposés dans des orbitales dans les sous-shells dans les coquilles. En
règle générale, ce sont les électrons dans les orbitaux intérieurs de
l'enveloppe extérieure qui sont impliqués dans la liaison chimique, mais il y a
des exceptions à cette règle. Une orbitale peut contenir un maximum de deux électrons,
qui doit avoir des spins opposés. En théorie des orbitales moléculaires,
lorsque deux atomes forment un produit chimique liaison, les orbitales
atomiques des électrons de liaison se combinent pour produire des orbitales
moléculaires avec des règles similaires concernant le nombre et spin des
électrons.
Les électrons,
comme toutes les particules subatomiques, peuvent se comporter comme des ondes.
Au lieu d'occuper un point défini dans l'espace à un moment donné, un électron
est répartir sur l'ensemble de ses positions possibles autour de l'atome noyau
et sa position ne peut être exprimée en termes de probabilité. Une équation
développée par le physicien Erwin Schrödinger peut être utilisé pour déterminer
la "fonction d'onde" d'une orbitale atomique, donnant la probabilité
de trouver un électron à différents endroits autour du noyau en termes de
répartition de la densité d'électrons. Théorie des orbitales moléculaires
explique liaison atomique en ajoutant les fonctions d'onde des orbitales
atomiques impliqués dans la liaison de donner les fonctions d'onde pour des
orbitales moléculaires entourant la molécule entière.
Etant donné que
l'équation de la fonction d'onde donne à la fois des valeurs positives et
négatives, appelés phases, deux orbitales moléculaires sont produits. Dans la
première, les orbitales atomiques sont ajoutés à la phase - positif à positif
et négatif à négatif. Le deuxième type est celui où ils sont en opposition de
phase - négatif à positif et positif à négatif.
L'addition en phase
donne une orbitale moléculaire avec la densité d'électrons concentré dans
l'espace entre les noyaux, les rapprocher et qui donne une configuration à une
énergie plus faible que les deux orbitales atomiques originales combinées. Ceci
est connu en tant que liant orbital. La rupture de résultats d'addition de
phase dans la densité d'électrons est concentré à une distance à partir de
l'espace entre les noyaux, les tirant à l'écart et en outre la production d'une
configuration avec un niveau d'énergie supérieur à celui des orbitales
atomiques. Ceci est connu comme un orbital anti-collage. Les électrons des
orbitales atomiques impliquées dans la liaison préfèrent remplir les orbitales
moléculaires de liaison de l'énergie plus faibles.
Pour déterminer
la nature de la liaison entre deux atomes, le « ordre de liaison "est
calculé comme suit: (liaison des électrons - électrons anti-collage) / 2. Un
ordre de liaison de zéro indique qu'aucune liaison n’aura lieu. En comparaison,
un ordre de liaison de 1 indique une liaison simple, avec 2 et 3 indiquant,
respectivement doubles et triples liaisons.
A titre
d'exemple très simple, la liaison de deux atomes d'hydrogène peut être décrit
en termes de théorie des orbitales moléculaires. Chaque atome a un seul
électron, normalement dans l'énergie la plus basse orbitale. Les fonctions
d'onde de ces orbitales sont ajoutés, ce qui donne une liaison et un orbital
anti-collage. Les deux électrons vont remplir la liaison de faible énergie
orbitale, sans électrons dans l’orbital anti-collage. L'ordre de liaison est
donc (2 - 0) / 2 = 1, ce qui donne une liaison simple. Ceci est en accord avec
la théorie de VB et de l'observation.
L'interaction de
deux atomes de l'élément suivant dans la table périodique, de l'hélium, donne
un résultat différent car il y a deux électrons dans une orbitale dans chaque
atome d'hélium. Lorsque les fonctions d'onde sont ajoutés, un collage et un
orbital anti-collage sont produites, comme avec de l'hydrogène. Cette fois,
cependant, il y a quatre électrons impliqués. Deux électrons vont remplir
l'orbitale liaison et les deux autres devront remplir la plus grande énergie
anti-collage orbital. L'ordre de liaison ce moment est (2 - 2) / 2 = 0, donc
pas de liaison aura lieu. Encore une fois, ce qui s'accorde avec la théorie de
VB et de l'observation: l'hélium ne fait pas de molécules.
La théorie des
orbitales moléculaires également prédit correctement, doubles et triples
liaisons pour l'oxygène et des molécules d'azote, respectivement. Dans la
plupart des cas, la théorie MO et la théorie du lien de valence sont d'accord,
mais l'ancien explique mieux molécules où l'ordre de liaison se situe entre un
simple et une double liaison, et les propriétés magnétiques des molécules. Le
principal inconvénient de la théorie des orbitales moléculaires est que, sauf
dans des cas très simples, telles que celles ci-dessus, les calculs sont
beaucoup plus compliquées.
