Відкрити головне меню
Одна з молекулярних орбіталей (LUMO) формальдегіду

Молекулярна орбіталь — наближена хвильова функція електронів молекули, утворена суперпозицією атомних орбіталей різних атомів.

Електронний стан, який описується молекулярною орбіталлю, делокалізований у межах усієї молекули.

Зазвичай хвильова функція молекули шукається у вигляді детермінанта Слейтера, утвореного із молекулярних орбіталей із невідомими коефіцієнтами. Коефіцієнти знаходяться із розв'язку рівняння Шредінгера одним із методів квантової механіки, наприклад, варіаційним методом, одним з яких є метод Гартрі — Фока.

Одноелектронна хвильова функцiя, що описує рух електрона в ефективному полi ядер та iнших електронiв молекули як цiлого. Така орбіталь звичайно простягається на всю молекулу або на багато атомів у молекулі і представляється як комбінація атомних орбіталей. Графічно дається у виглядi контурної дiаграми, на якiй хвильова функцiя має певне значення, чи вказується область простору, де фiксована висока (вибрана довiльно, напр., 95 %) ймовiрнiсть знаходження електрона, що займає цю орбiталь, з наведенням знаку (+ чи –) хвильової функцiї в кожнiй частинi цiєї областi.

Вища ЗМО та Нижча ВМОРедагувати

 
Схематичне зображення HOMO та LUMO

В основному стані молекули її електрони заповнюють усі орбіталі з найменшими енергіями. Та орбіталь, яка серед заповнених в основному стані має найбільшу енергію, зазвичай в літературі позначається абревіатурою ВЗМО (вища зайнята молекулярна орбіталь) або частіше англійською абревіатурою HOMO (highest occupied molecular orbital — найвища заповнена молекулярна орбіталь).

Наступна за енергією орбіталь називається НВМО (найнижча вакантна молекуляpна орбiталь) або LUMO (lowest unoccupied molecular orbital — найнижча незаповнена молекулярна орбіталь). НВМО — повнiстю чи частково вакантна молекулярна орбiталь, що має найнижчу енергiю з усiх незаселених орбiталей хімiчної частинки. Її енергія отримується при розрахунках методом молекулярних орбіталей і представляє спорідненість до електрона даної молекулярної частинки, а також може характеризувати реактивність такої частинки як електрофілу.

Локалiзована молекуляpна орбiталь — молекулярна орбiталь, що простягається не на всю молекулу, а лише на певний її фрагмент, та є просторово виділеною з-поміж інших орбіталей, наприклад, молекулярна орбiталь типу σ, що наближено описує C–H зв'язок у метанi.

Однозаселена молекулярна орбіталь (ОЗМО)Редагувати

  • 1. Заселена одним електроном вища зайнята молекулярна орбіталь радикала.
  • 2. У загальному випадку — будь-яка молекулярна орбіталь, на якій є один електрон.

Аналіз молекулярних орбіталей водиРедагувати

Для аналізу симетрії МО на основі результатів квантовохімічних розрахунків необхідно:

  1. визначити точкову групу молекули
  2. провірити, яка система координат використана у розрахунку і чи співпадають елементи симетрії з приведеними у таблиці характерів
  3. якщо раніше підготовлена таблиця симетризованих орбіталей, корисно нею скористуватися.
  • Декартові координати дозволяють визначити структуру атомів молекули і її орієнтацію у просторі.
  • Точкова група молекули  .
  • Напівемпіричний розрахунок виконаний у валентному наближенні, враховується вісім електронів (ne=8): шість електронів атому О і по одному електрону від двох атомів Н. Відповідно, чотири МО із шести зайняті.
x y z
1 O 0. 0. 0.
2 H 0. 0.76 0.59
3 H 0. -0.76 0.59

Матриця коефіцієнтів розкраду МО по АО   для молекули води, отримана півемпіричним методом РМЗ, має наступний вигляд:

           
1 O  

 

 

 

0.878

0.

0.

-0.108

0.

0.

0.770

0.

0.339

0.

0.

0.826

0.

1.000

0.

0.

0.336

0.

0.

-0.552

0.

0.

0.638

0.

2 H 1s 0.329 0.451 -0.317 0. 0.539 -0.545
3 H 1s 0.329 -0.451 -0.317 0. 0.539 0.545

Щоб визначити симетрію кожної МО, необхідно проаналізувати коефіцієнти  . Так як у одну й ту ж МО не могуть входити атомні чи симетризовані орбіталі, які перетворюються по різним неприводимим представленням (НП) групи, для визначення симетрії МО достатньо розглянути лише декотрі найбільш характерні вклади:

  • У молекулярну орбіталь  с ненульовими коефіцієнтами входять лише повносиметричні АО:   та повносиметрична комбінація   з цього слідує, що МО   має симетрію  .
  • МО   має симетрію  , оскільки вона побудована з АО   і симетризованої орбіталі виду   які перетворюються по НП  .
  • МО   має симетрію  , оскільки, як і для  , вона є лінійною комбінацією орбіталей, які перетворюються по цьому НП. Тк як це вже друга МО симетрії  , їй присвоюється номер 2: " " на відміну від МО    .
  • HOMO   складається тільки з  АО атома О і має симетрію  .
  • LUMO   включає АО  , цього достатньо, щоб приписати їй симетрію  ; це третя повносиметрична МО.
  • МО   з більшим вкладом АО   має симетрію  .

Таким чином, згідно результатам даного розрахунку, молекула води в основному стані має електронну конфігурацію  

ДжерелаРедагувати

ПосиланняРедагувати

  • Szabo A., Ostlund N. S. Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory / Attila Szabo, Neil S. Ostlund. — Mineola, N. Y. : Dover Publications, 1996. — 864 p. — ISBN 978-0486691862.
  • Ластухін Ю. О., Воронов С. А. Органічна хімія. — Вид. 2-ге, перероб. і доп. — Львів : Центр Європи, 2001. — ISBN 966-7022-19-6.