3.5. Chemické vazby

Teorie molekulových orbitalů

Základem celé teorie je představa, že víceatomová částice je souborem jader a elektronů, kdy každý jednotlivý elektron se pohybuje v poli ostatních elektronů a všech jader. Analogicky k atomu existují v molekulách molekulové orbitaly, jejichž obsazení elektrony definuje eletronovou strukturu víceatomové částice a podmiňuje fyzikální vlastnosti a reakční schopnosti.

Molekulové orbitaly jsou jednoelektronové vlnové funkce, které svým čtvercem postihují rozložení nábojové hustoty v částici. V molekulových orbitalech se elektrony pohybují v poli jader několika atomů. Vlnová funkce víceatomové soustavy s n elektrony je definována součinem n jednoelektronových funkcí:

F(1,2,..,n) = j₁(1) j₂(2)…. j_n(n)

Řešení Schrödingerovy rovnice není pro takovou soustavu možné. Nejčastěji používanou aproximací je popis molekulových orbitalů jako lineární kombinace atomových funkcí (orbitalů atomů vázaných v molekule).

Vyjdeme-li ze souboru n atomových orbitalů, vznikne jejich lineární kombinací n lineárně nezávislých molekulových orbitalů. Kombinací vhodných atomových orbitalů vznikají dva typy molekulových orbitalů.

• Vazebný molekulový orbital má nižší energii než kterýkoliv výchozí atomový orbital. Elektron v něm bude stabilnější než ve výchozím stavu.

• Protivazebný molekulový orbital má vyšší energii než kterýkoliv výchozí atomový orbital. Elektron v takovém orbitalu bude spojen s nestabilitou systému.

Protivazebný orbital má uzlovou plochu na spojnici jader vázaných atomů, zatímco u vazebného orbitalu elektronová hustota vzrůstá mezi jádry.

Z hlediska symetrie jsou molekulové orbitaly klasifikovány jako s, p, d v analogii s atomovými orbitaly s, p, d. Orbital s má rotační symetrii vzhledem k mezijaderné spojnici, orbital p je rotačně antisymetrický a má uzlovou rovinu na spojnici jader a orbital d vykazuje dvě uzlové roviny, procházející osou vazby.

Aby kombinace atomových orbitalů vedla ke vzniku molekulových orbitalů, musí mít výchozí atomové orbitaly stejné symetrické vlastnosti v návaznosti na geometrické uspořádání dané částice. Další podmínkou je dostatečný překryv atomových orbitalů. Pro obsazování molekulových orbitalů elektrony platí stejně jako pro atomové orbitaly Pauliho princip a Hundovo pravidlo.