Final questions 2020 (6)

Question 1

Δεσμικό, αντιδεσμικό και μη δεσμικό μοριακό τροχιακό. Πως προέκυψαν, ποιό το θεωρητικό τους υπόβαθρο και η φυσική τους σημασία ? Εξηγήστε.

Answer 1

-Στη χημεία, η θεωρία μοριακών τροχιακών (θεωρία MO ή MOT) είναι μια μέθοδος περιγραφής της ηλεκτρονιακής δομής των μορίων χρησιμοποιώντας την κβαντική μηχανική. Σύμφωνα μ’αυτή, τα ηλεκτρόνια σε ένα μόριο δεν αποδίδονται σε μεμονωμένους χημικούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων, αλλά αντιμετωπίζονται ως κινούμενα υπό την επίδραση των ατομικών πυρήνων σε ολόκληρο το μόριο. Με άλλα λόγια, η θεωρία δηλώνει ότι τα άτομα τείνουν να συνδυάζονται μαζί και να σχηματίζουν μοριακά τροχιακά. Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας διάταξης, τα ηλεκτρόνια βρίσκονται σε διάφορα ατομικά τροχιακά και συνήθως συνδέονται με διαφορετικούς πυρήνες.
Τα μοριακά τροχιακά λαμβάνονται με συνδυασμό των ατομικών τροχιακών( ή και υβριδικών ή μοριακών τροχιακών).
Στη θεωρία MO, τα ηλεκτρόνια απεικονίζονται να κινούνται ως κύματα(σε διαγράμματα etc.)
Δέχονται δύο ηλεκτρόνια αντίθετου σπιν κ έχουν συγκεκριμένη ενέργεια.
-Όλα τα μοριακά τροχιακά, συμπεριλαμβανομένων των μη δεσμικών τροχιακών, προέρχονται από τον γραμμικό συνδυασμό (ατομικών) τροχιακών.=»
Το μοριακό τροχιακό που σχηματίζεται από την εποικοδομητική επικάλυψη ατομικών τροχιακών ονομάζεται δεσμικό μοριακό τροχιακό. Τα ηλεκτρόνια σε αυτό το τροχιακό περνούν συνήθως τον περισσότερο χρόνο τους στην περιοχή ακριβώς μεταξύ των δύο πυρήνων => η πυκνότητα των ηλεκτρονίων βρίσκεται μεταξύ των πυρήνων του συνδεδεμένου ατόμου.
Αντιπροσωπεύουν το σχήμα του μορίου.
Χρησιμοποιείται στη θεωρία ΜΟΤ για να περιγράψει τις ελκτικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατομικών τροχιακών δύο ή περισσότερων ατόμων σε ένα μόριο
Τα Δεσμικά Μοριακά Τροχιακά έχουν χαμηλότερη ενέργεια από τα ατομικά τροχιακά που συνδυάζονται για να τα παράγουν και έτσι σταθεροποιούν τους χημικούς δεσμούς που κρατάνε το μόριο ενιαίο.

Το μοριακό τροχιακό που σχηματίζεται από την καταστροφική αλληλεπικάλυψη ατομικών τροχιακών ονομάζεται αντιδεσμικό. Εχουν υψηλότερη ενέργεια από την ενέργεια των αντίστοιχων ατομικών τροχιακών που τα σχημάτισαν και συνεπώς αποσταθεροποιούν τους δεσμούς του μορίου. Η πυκνότητα των ηλεκτρονίων στο τροχιακό συγκεντρώνεται έξω από την περιοχή σύνδεσης, δρα για να τραβήξει τον ένα πυρήνα μακριά από τον άλλο και τείνει να προκαλέσει αμοιβαία απώθηση μεταξύ των δύο ατόμων.

Σύμφωνα με τη Θεωρία ΜΟ, τα δύο μοριακά τροχιακά που σχηματίζονται ονομάζονται σ (δεσμικό) και σ*(αντιδεσμικό).

Τα μη δεσμικά τροχιακά (NBMO), έχουν ίση ενέργεια με την ενέργεια των αντίστοιχων ατομικών τροχιακών που τα σχημάτισαν και άρα δεν επηρεάζουν τους δεσμούς των μορίων. Το ενεργειακό επίπεδο ενός μη δεσμικού τροχιακού βρίσκεται συνήθως μεταξύ της χαμηλότερης ενέργειας ενός δεσμικού τροχιακού κελύφους σθένους και της υψηλότερης ενέργειας ενός αντίστοιχου τροχιακού αντιδεσμικού.
Χαρακτηρίζονται με το γράμμα n.

Η θεωρία των μοριακών τροχιακών έφερε επανάσταση στη μελέτη των χημικών δεσμών προσεγγίζοντας τις καταστάσεις των συνδεδεμένων ηλεκτρονίων - τα μοριακά τροχιακά - ως γραμμικούς συνδυασμούς ατομικών τροχιακών (LCAO).