Vad är en antibindande orbital?

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


En antibonding orbital (även kallad antibonding orbital) är en typ av molekylär orbital som kännetecknas av att den har en högre energinivå och därför är mindre stabil än de atomära orbitaler som tillsammans gav upphov till den. Av denna anledning är det en orbital som, genom att rymma elektroner, gör molekylen mindre stabil och bindningen mindre stark.

Faktum är att närvaron av elektroner i antibindande orbitaler minskar ordningen för kovalent bindning mellan två atomer, och det är där antibindningens ”anti” kommer ifrån.

För att bättre förstå begreppet antibindande orbitaler måste vi kort besöka teorin om molekylära orbitaler, inom vilken denna typ av orbitaler är inramade.

molekylär orbital teori

Det finns flera teorier som försöker förklara de observerade egenskaperna hos kemiska bindningar . De två mest utbredda teorierna är valensbindningsteorin och molekylorbitalteorin. Den senare säger att när två atomer är kemiskt bundna till varandra, kombineras deras atomära orbitaler för att bilda en ny uppsättning orbitaler som inte längre tillhör varje atom separat, utan snarare till hela molekylen. Med andra ord bildas en uppsättning eller uppsättning molekylära orbitaler.

Kort sagt, precis som atomer har atomära orbitaler, bildar molekyler, när de bildas, också molekylära orbitaler där alla elektronerna i atomerna som utgör molekylen är fördelade. Sättet på vilket elektroner fyller dessa molekylära orbitaler representerar den molekylära ekvivalenten till atomernas elektronkonfiguration och bestämmer till stor del egenskaperna hos molekyler.

Bildning av molekylära orbitaler

Molekylära orbitaler bildas av den linjära kombinationen av atomära orbitaler. Ur en matematisk synvinkel betyder detta att en molekylär orbital representeras av en vågfunktion som erhålls genom den linjära kombinationen av vågfunktionerna hos atomorbitalerna hos två atomer kopplade med hjälp av en kovalent bindning.

Generellt sett, ju mer lika i energi de två atomära orbitaler som kombinerar är, desto bättre kommer de att kombineras, så i en homonukleär diatomisk molekyl (bildad av två atomer av samma grundämne) kommer en atoms 1:s omloppsbana att kombineras perfekt med den andras 1s orbital, då kommer 2:orna att kombineras med 2:orna, sedan 2p med 2p och så vidare.

Bindande och antibindande molekylära orbitaler

Kvantmekaniken fastställer en serie regler som dikterar hur atomära orbitaler kombineras för att ge upphov till nya molekylära orbitaler. Till att börja med säger dessa regler att antalet molekylära orbitaler som bildas alltid måste vara lika med antalet atomorbitaler som kombineras.

Å andra sidan, när två atomära orbitaler kombineras, har en av de molekylära orbitaler som bildas alltid lägre energi och den andra högre energi än de ursprungliga atomorbitalerna. I de fall flera atomära orbitaler av samma undernivå kombineras (till exempel tre p-orbitaler, fem d-orbitaler) kommer också ett ekvivalent antal molekylära orbitaler att bildas, hälften av dem med lägre energi och den andra hälften med högre energi, energi. Emellertid kan energifördelningen för dessa orbitaler vara komplex, beroende på de speciella atomerna som kombineras, som visas i figuren nedan.

Antibindande molekylära orbitaler

I båda fallen destabiliseras molekylen och försvagar den kovalenta bindningen mellan de två atomerna genom att placera elektroner i orbitaler med högst energi. Det vill säga att uppsättningen av molekylära orbitaler med den högsta energin som bildas genom att kombinera atomära orbitaler motsvarar de antibindande molekylorbitalerna. Dessa orbitaler identifieras genom att placera en upphöjd asterisk vid orbitalsymbolen.

Antibindande orbitaler och destruktiv interferens

Som nämnts tidigare är kombinationen av atomära orbitaler en kombination av vågfunktioner. Detta betyder att den molekylära orbitalen i huvudsak är resultatet av interferensen av två vågor och som alltid i dessa fall kan denna interferens vara konstruktiv eller destruktiv, beroende på om de två vågorna är i fas eller inte.

I denna mening kan två extrema fall inträffa när molekylära orbitaler bildas:

  1. Att mellan de två atomkärnorna är båda orbitaler i samma fas och det finns därför en konstruktiv interferens. I det här fallet erhålls en molekylorbital där elektronerna har stor sannolikhet att vara mellan de två atomerna, vilket representerar en bindande molekylorbital.
  2. Att de två atomorbitalerna är i motsatta faser, så destruktiv interferens uppstår vid bildandet av en nod mellan de två kärnorna (det vill säga vågfunktionen blir noll i mitten mellan de två kärnorna). I det här fallet är sannolikheten att få en elektron mellan de två atomerna noll, så dessa orbitaler representerar antibindande molekylära orbitaler .

σ (sigma) och π (pi) antibindande orbitaler

Molekylär orbitalteori lånar några begrepp från teorin om valensbindning. Enligt denna teori kan orbitalerna överlappa frontalt när de atomära orbitalerna är inriktade längs bindningsaxeln, eller i sidled när de atomära orbitalerna är orienterade parallellt. Enligt valensbindningsteorin ger detta upphov till två klasser av kemiska bindningar, som är σ (sigma) bindningar och π (pi) bindningar.

Ur molekylär orbitala teoris synvinkel tolkas denna överlappning som bildandet av σ och π molekylära orbitaler. Detta innebär att när en molekyl bildas kan både bindande σ- och π-molekylorbitaler och antibindande σ- och π-molekylorbitaler bildas. Antibindande π orbitaler kan bara bildas mellan p,dof atomära orbitaler, men inte mellan s orbitaler.

Antibindande orbitaler och bindningsordning

En anledning till att antibindande orbitaler får sitt namn är att placering av elektroner i dessa orbitaler försvagar den kovalenta bindningen mellan två atomer. Detta händer eftersom närvaron av dessa elektroner minskar bindningsordningen, som representerar antalet elektronpar som effektivt delas mellan två bundna atomer. Obligationsordningen kan beräknas med hjälp av följande ekvation:

Bond Order som en funktion av antibindande molekylära orbitaler

var och i representerar antalet elektroner i bindande molekylorbitaler (bindande elektroner) och e * antienl representerar antalet elektroner i antibindande orbitaler (antibindande elektroner). Ju större antal antibindande elektroner, desto lägre bindningsordning.

I det fall där båda antalet elektroner är lika är bindningsordningen noll, så atomerna kan inte binda med varandra. Detta är precis vad som händer i fallet med ädelgaser, som har sina elektroniska skal helt fyllda, vilket förklarar varför det inte finns några molekyler av helium, neon, argon, etc.

Illustration av bildandet av antibindande orbitaler

Figuren nedan visar bildandet av molekylära orbitaler när två identiska atomer från den andra perioden i det periodiska systemet kombineras för att bilda en homonukleär diatomisk molekyl.

Antibindande molekylära orbitaler

Som man kan se genererar kombinationen av två atomorbitaler alltid två molekylorbitaler, så om två atomer med elektroner i 5 atomorbitaler kombineras, som i föregående figur, kommer totalt tio molekylorbitaler att produceras. Som man kan se är tre av de tio molekylära orbitalerna antibindande σ-orbitaler medan 2 är antibindande π-orbitaler. Den andra hälften är bindande orbitaler.

För att illustrera ovanstående visas bildningen av kvävemolekylen (N 2 ), element 7 i det periodiska systemet och ett element från den andra perioden.

Antibindande molekylära orbitaler

I detta exempel är molekylens elektronkonfiguration

Antibindande molekylära orbitaler

Baserat på denna elektroniska konfiguration kan vi fastställa att obligationsordningen är:

Bond Order som en funktion av antibindande molekylära orbitaler

Detta indikerar att kvävemolekylen består av två atomer av detta element sammanlänkade av tre elektronpar eller, vad som är likadant, av en trippelbindning.

Referenser

Atkins, P., & dePaula, J. (2010). Fysikalisk kemi (8:e upplagan). Panamerican Medical Editorial.

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Chemistry (11:e upplagan). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Moreno, C. (2019, 9 april). Molecular Orbital Theory . Bioprof. https://bioprofe.com/molecular-orbital-theory/

Länkbeställning . (n.d.). Chemistry.ES. https://www.quimica.es/enciclopedia/Orden_de_enlace.html

Mexicos autonoma universitet. (n.d.). Molekylära orbitaler vid kemisk bindning . UNAM. https://amyd.quimica.unam.mx/pluginfile.php/6316/mod_resource/content/1/Whitten%20orbitales%20moleculares.pdf

-Annons-

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

Artículos relacionados

Flamfärgtestet