반 결합 궤도는 무엇입니까?

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반결합 오비탈(반결합 오비탈이라고도 함)은 더 높은 에너지 준위를 가지므로 이를 생성하기 위해 결합된 원자 오비탈보다 덜 안정적인 분자 오비탈 유형입니다. 이러한 이유로 전자를 수용함으로써 분자의 안정성을 떨어뜨리고 결합을 덜 강하게 만드는 것은 오비탈입니다.

사실, 반결합 오비탈에 전자가 존재하면 두 원자 사이의 공유결합 순서가 줄어들고, 이것이 반결합의 “반대”가 나오는 곳입니다.

반결합 오비탈의 개념을 더 잘 이해하려면 이러한 유형의 오비탈이 구성되는 분자 오비탈 이론을 간략히 살펴봐야 합니다.

분자 궤도 이론

관찰된 화학 결합 의 특성을 설명하려는 몇 가지 이론이 있습니다 . 가장 널리 퍼진 두 가지 이론은 원자가 결합 이론과 분자 궤도 이론입니다. 후자는 두 원자가 서로 화학적으로 결합될 때 원자 오비탈이 결합하여 더 이상 각 원자에 개별적으로 속하지 않고 전체 분자에 속하는 새로운 오비탈 세트를 형성한다고 말합니다. 즉, 분자 궤도의 집합 또는 집합이 형성됩니다.

요컨대, 원자가 원자 오비탈을 갖는 것처럼 분자도 형성되면 분자를 구성하는 원자의 모든 전자가 분포하는 분자 오비탈을 형성합니다. 전자가 이러한 분자 오비탈을 채우는 방식은 원자의 전자 구성 과 분자 등가물을 나타내며 분자의 특성을 크게 결정합니다.

분자 오비탈의 형성

분자 궤도는 원자 궤도의 선형 조합에 의해 형성됩니다. 수학적 관점에서 이것은 공유 결합에 의해 연결된 두 원자의 원자 오비탈의 파동 함수의 선형 결합에 의해 얻어지는 파동 함수로 분자 오비탈을 나타내는 것을 의미합니다.

일반적으로 결합하는 두 원자 오비탈의 에너지가 비슷할수록 더 잘 결합하므로 동핵 이원자 분자(같은 원소의 두 원자로 구성된)에서 원자의 1s 오비탈은 다음과 완벽하게 결합합니다. 다른 하나의 1s 궤도, 2s는 2s와 결합하고 2p는 2p와 결합합니다.

결합 및 결합 방지 분자 오비탈

양자역학은 원자 오비탈이 결합하여 새로운 분자 오비탈을 생성하는 방식을 규정하는 일련의 규칙을 확립합니다. 우선, 이 규칙은 형성되는 분자 오비탈의 수는 항상 결합된 원자 오비탈의 수와 같아야 한다고 명시합니다.

한편, 두 개의 원자 오비탈이 결합될 때 형성되는 분자 오비탈 중 하나는 항상 원래 원자 오비탈보다 에너지가 낮고 다른 하나는 에너지가 높습니다. 동일한 하위 수준의 여러 원자 오비탈이 결합된 경우(예: 3개의 p 오비탈, 5개의 d 오비탈) 분자 오비탈도 동일한 수로 형성되며, 그 중 절반은 에너지가 낮고 나머지 절반은 에너지가 높습니다. 에너지 에너지. 그러나 이러한 오비탈의 에너지 분포는 아래 그림과 같이 결합되는 특정 원자에 따라 복잡할 수 있습니다.

결합 방지 분자 오비탈

두 경우 모두 전자를 가장 높은 에너지 분자 궤도에 배치하면 분자가 불안정해지고 두 원자 사이의 공유 결합이 약화됩니다. 즉, 원자 오비탈이 결합하여 형성되는 가장 높은 에너지를 갖는 분자 오비탈의 집합이 반결합성 분자 오비탈에 해당한다. 이러한 궤도는 궤도 기호에 위첨자 별표를 표시하여 식별됩니다.

결합 방지 오비탈과 파괴 간섭

앞에서 언급했듯이 원자 궤도의 조합은 파동 함수의 조합입니다. 이것은 분자 오비탈이 본질적으로 두 파동의 간섭의 결과라는 것을 의미하며, 이 경우 항상 그렇듯이 이 간섭은 두 파동의 위상이 같은지 아닌지에 따라 건설적이거나 파괴적일 수 있습니다.

이런 의미에서 분자 오비탈을 형성할 때 두 가지 극단적인 경우가 발생할 수 있습니다.

  1. 즉, 두 개의 원자핵 사이에서 두 오비탈은 같은 위상에 있으므로 보강 간섭이 발생합니다. 이 경우 전자가 두 원자 사이에 있을 확률이 높은 분자 오비탈이 얻어지므로 결합 분자 오비탈을 나타낸다.
  2. 두 원자 궤도가 반대 위상에 있으므로 두 핵 사이에 노드가 형성되어 파괴 간섭이 발생합니다 (즉, 두 핵 사이의 중간 지점에서 파동 함수가 0이 됨). 이 경우 두 원자 사이에 전자가 들어갈 확률은 0이므로 이러한 오비탈은 반결합 분자 오비탈을 나타냅니다 .

σ(시그마) 및 π(파이) 결합 방지 궤도

분자 궤도 이론은 원자가 결합 이론에서 몇 가지 개념을 차용합니다. 이 이론에 따르면, 오비탈은 원자 오비탈이 결합 축을 따라 정렬될 때 정면으로 겹칠 수 있고, 원자 오비탈이 평행할 때 측면으로 겹칠 수 있습니다. 원자가 결합 이론에 따르면 이것은 σ(시그마) 결합과 π(파이) 결합의 두 종류의 화학 결합을 발생시킵니다.

분자 오비탈 이론의 관점에서 볼 때 이러한 중첩은 σ 및 π 분자 오비탈의 형성으로 해석됩니다. 이것은 분자가 형성될 때 결합 σ 및 π 분자 궤도와 반결합 σ 및 π 분자 궤도가 모두 형성될 수 있음을 의미합니다. 반결합 π 오비탈은 p,dof 원자 오비탈 사이에서만 형성될 수 있고 s 오비탈 사이에서는 형성되지 않습니다.

결합 방지 오비탈과 채권 질서

반 결합 오비탈이 이름을 얻은 한 가지 이유는 이러한 오비탈에 전자를 배치하면 두 원자 사이의 공유 결합이 약해지기 때문입니다. 이것은 이러한 전자의 존재가 두 개의 결합된 원자 사이에 효과적으로 공유되는 전자 쌍의 수를 나타내는 결합 순서를 감소시키기 때문에 발생합니다. 본드 오더는 다음 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

결합 방지 분자 오비탈의 함수로서의 결합 순서

어디 에서 결합 분자 오비탈(결합 전자)의 전자 수를 나타내고 e * antienl은 반결합 궤도(반결합 전자)의 전자 수를 나타냅니다. 반 결합 전자의 수가 많을수록 결합 차수가 낮아집니다.

두 전자의 수가 같은 경우 결합 차수는 0이므로 원자는 서로 결합할 수 없습니다. 이것은 전자 껍질이 완전히 채워진 비활성 가스의 경우에 정확히 발생하므로 헬륨, 네온, 아르곤 등의 분자가 없는 이유를 설명합니다.

결합 방지 오비탈 형성의 예

아래 그림은 주기율표의 두 번째 주기에서 두 개의 동일한 원자가 결합하여 동핵 이원자 분자를 형성할 때 분자 오비탈의 형성을 보여줍니다.

결합 방지 분자 오비탈

알 수 있듯이 2개의 원자 오비탈의 결합은 항상 2개의 분자 오비탈을 생성하므로 앞의 그림과 같이 5개의 원자 오비탈에 전자를 가진 2개의 원자가 결합하면 총 10개의 분자 오비탈이 생성된다. 알 수 있는 바와 같이, 10개의 분자 궤도 중 3개는 반결합 σ 궤도이고 2개는 반결합 π 궤도입니다. 나머지 절반은 결합 궤도입니다.

위의 내용을 설명하기 위해 질소분자(N 2 ), 주기율표 7번 원소, 제2주기 원소의 형성과정 을 아래에 나타내었다 .

결합 방지 분자 오비탈

이 예에서 분자의 전자 구성은

결합 방지 분자 오비탈

이 전자 구성을 기반으로 채권 주문이 다음과 같다는 것을 확인할 수 있습니다.

결합 방지 분자 오비탈의 함수로서의 결합 순서

이것은 질소 분자가 세 쌍의 전자 또는 삼중 결합에 의해 함께 연결된 이 원소의 두 원자로 구성되어 있음을 나타냅니다.

참조

Atkins, P., & dePaula, J. (2010). 물리화학 (8판). Panamerican 의료 사설.

장로영, & Goldsby, K. (2013). 화학 (11판). 맥그로힐 인터아메리카나 데 에스파냐 SL

모레노, C. (2019년 4월 9일). 분자 궤도 이론 . Bioprof. https://bioprofe.com/molecular-orbital-theory/

링크 주문 . (n.d.). 화학.ES. https://www.quimica.es/enciclopedia/Orden_de_enlace.html

멕시코 자치 대학교. (n.d.). 화학 결합의 분자 오비탈 . UNAM. https://amyd.quimica.unam.mx/pluginfile.php/6316/mod_resource/content/1/Whitten%20orbitales%20moleculares.pdf

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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