ออร์บิทัลแอนติบอดีคืออะไร?

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


ออร์บิทัลแบบต้านพันธะ (เรียกอีกอย่างว่าออร์บิทัลแบบต้านพันธะ) เป็นออร์บิทัลระดับโมเลกุลชนิดหนึ่งที่มีลักษณะเด่นคือมีระดับพลังงานที่สูงกว่า ดังนั้นจึงมีความเสถียรน้อยกว่าออร์บิทัลของอะตอมที่รวมกันเพื่อก่อให้เกิดออร์บิทัล ด้วยเหตุนี้ มันจึงเป็นออร์บิทัลที่รองรับอิเล็กตรอน ทำให้โมเลกุลมีความเสถียรน้อยลงและพันธะแข็งแรงน้อยลง

ในความเป็นจริง การมีอยู่ของอิเล็กตรอนในออร์บิทัลแบบต้านพันธะช่วยลดลำดับของพันธะโควาเลนต์ระหว่างสองอะตอม และนั่นคือที่มาของ “สารต้าน” ของสารต้านพันธะ

เพื่อให้เข้าใจแนวคิดของออร์บิทัลแบบต้านพันธะได้ดีขึ้น เราจำเป็นต้องศึกษาทฤษฎีของออร์บิทัลระดับโมเลกุลโดยสังเขป ซึ่งภายในกรอบของออร์บิทัลประเภทนี้

ทฤษฎีการโคจรของโมเลกุล

มีหลายทฤษฎีที่พยายามอธิบาย ลักษณะที่ สังเกต ได้ของพันธะ เคมี ทฤษฎีที่แพร่หลายมากที่สุดสองทฤษฎีคือทฤษฎีพันธะวาเลนซ์และทฤษฎีการโคจรของโมเลกุล ข้อหลังระบุว่าเมื่ออะตอมสองอะตอมสร้างพันธะทางเคมีซึ่งกันและกันออร์บิทัล ของ อะตอมจะรวมกันเป็นออร์บิทัลชุดใหม่ที่ไม่ได้เป็นของอะตอมแต่ละอะตอมแยกกันอีกต่อไป แต่เป็นของโมเลกุลทั้งหมด กล่าวอีกนัยหนึ่งคือชุดหรือชุดของวงโคจรของโมเลกุลเกิดขึ้น

กล่าวโดยสรุป เช่นเดียวกับที่อะตอมมีออร์บิทัลของอะตอม โมเลกุลเมื่อก่อตัวขึ้นก็ก่อตัวเป็นออร์บิทัลของโมเลกุลเช่นกัน ซึ่งอิเล็กตรอนทั้งหมดของอะตอมที่ประกอบกันเป็นโมเลกุลจะถูกกระจายออกไป วิธีที่อิเล็กตรอนเติมออร์บิทัลของโมเลกุลเหล่านี้แสดงถึงค่าเทียบเท่าโมเลกุลของการจัดเรียงอิเล็กตรอนของอะตอม และเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติของโมเลกุลเป็นส่วนใหญ่

การก่อตัวของวงโคจรของโมเลกุล

ออร์บิทัลของโมเลกุลเกิดจากการรวมกันของออร์บิทัลเชิงเส้นของอะตอม จากมุมมองทางคณิตศาสตร์ นี่หมายความว่าออร์บิทัลระดับโมเลกุลถูกแทนด้วยฟังก์ชันคลื่นที่ได้มาจากการรวมเชิงเส้นของฟังก์ชันคลื่นของออร์บิทัลเชิงอะตอมของสองอะตอมที่เชื่อมกันด้วยพันธะโควาเลนต์

โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งออร์บิทัลของอะตอมทั้งสองที่รวมตัวกันมีพลังงานใกล้เคียงกันมากเท่าไร พวกมันก็จะรวมกันได้ดียิ่งขึ้นเท่านั้น ดังนั้นในออร์บิทัลของอะตอมที่เป็นโฮโมนิวเคลียร์ (เกิดจากอะตอม 2 อะตอมของธาตุเดียวกัน) ออร์บิทัล 1 วินาทีของอะตอมจะรวมกันอย่างสมบูรณ์แบบด้วย ออร์บิทัล 1s ของอีกอัน จากนั้น 2s จะรวมกับ 2s จากนั้น 2p กับ 2p ไปเรื่อยๆ

วงโคจรของโมเลกุลที่มีพันธะและต้านพันธะ

กลศาสตร์ควอนตัมกำหนดชุดของกฎที่กำหนดวิธีการที่ออร์บิทัลของอะตอมรวมกันเพื่อก่อให้เกิดออร์บิทัลโมเลกุลใหม่ ในการเริ่มต้น กฎเหล่านี้ระบุว่าจำนวนออร์บิทัลโมเลกุลที่เกิดขึ้นจะต้องเท่ากับจำนวนออร์บิทัลของอะตอมที่รวมกันเสมอ

ในทางกลับกัน เมื่อสองออร์บิทัลของอะตอมมารวมกัน หนึ่งในออร์บิทัลของโมเลกุลที่ก่อตัวขึ้นจะมีพลังงานต่ำกว่าเสมอ และอีกอันหนึ่งมีพลังงานสูงกว่าออร์บิทัลของอะตอมดั้งเดิม ในกรณีที่มีการรวมออร์บิทัลอะตอมหลายออร์บิทัลในระดับย่อยเดียวกัน (เช่น ออร์บิทัล p สามออร์บิทัล ออร์บิทัล 5 ดี) จำนวนออร์บิทัลโมเลกุลที่เท่ากันจะก่อตัวขึ้น ครึ่งหนึ่งมีพลังงานต่ำกว่าและอีกครึ่งหนึ่งมีพลังงานสูงกว่า พลังงาน พลังงาน อย่างไรก็ตาม การกระจายพลังงานของออร์บิทัลเหล่านี้อาจซับซ้อน ขึ้นอยู่กับอะตอมเฉพาะที่รวมกัน ดังแสดงในรูปด้านล่าง

วงโคจรของโมเลกุลที่ต่อต้านพันธะ

ไม่ว่าในกรณีใด การวางอิเล็กตรอนในออร์บิทัลโมเลกุลที่มีพลังงานสูงสุดจะทำให้โมเลกุลไม่เสถียรและทำให้พันธะโควาเลนต์ระหว่างอะตอมทั้งสอง อ่อนลง นั่นคือชุดของออร์บิทัลโมเลกุลที่มีพลังงานสูงสุดซึ่งเกิดจากการรวมออร์บิทัลของอะตอมจะสอดคล้องกับออร์บิทัลโมเลกุลที่ต้านพันธะ วงโคจรเหล่านี้ถูกระบุโดยการวางเครื่องหมายดอกจันตัวยกที่สัญลักษณ์วงโคจร

วงโคจรที่ต่อต้านพันธะและการรบกวนแบบทำลายล้าง

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ การรวมกันของออร์บิทัลของอะตอมคือการรวมกันของฟังก์ชันคลื่น ซึ่งหมายความว่าโดยเนื้อแท้แล้วการโคจรของโมเลกุลเป็นผลจากการแทรกสอดของคลื่นสองคลื่น และเช่นเคย ในกรณีเหล่านี้ การรบกวนนี้สามารถสร้างสรรค์หรือทำลายได้ ขึ้นอยู่กับว่าคลื่นทั้งสองอยู่ในเฟสหรือไม่

ในแง่นี้ กรณีสุดโต่งสองกรณีสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อสร้างวงโคจรของโมเลกุล:

  1. นั่นคือ ระหว่างนิวเคลียสของอะตอมทั้งสอง ออร์บิทัลทั้งสองอยู่ในเฟสเดียวกัน ดังนั้นจึงมีการรบกวนที่สร้างสรรค์ ในกรณีนี้ จะได้ออร์บิทัลโมเลกุลซึ่งอิเล็กตรอนมีความเป็นไปได้สูงที่จะอยู่ระหว่างอะตอมทั้งสอง ซึ่งเป็นตัวแทนของออร์บิทัลโมเลกุลที่มีพันธะ
  2. การที่ออร์บิทัลของอะตอมทั้งสองอยู่ในเฟสตรงข้ามกัน ดังนั้นการรบกวนแบบทำลายล้างจึงเกิดขึ้นกับการก่อตัวของโหนดระหว่างนิวเคลียสทั้งสอง (นั่นคือ ฟังก์ชันคลื่นจะกลายเป็นศูนย์ที่จุดกึ่งกลางระหว่างนิวเคลียสทั้งสอง) ในกรณีนี้ ความน่าจะเป็นที่จะได้รับอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมทั้งสองเป็นศูนย์ ดังนั้นออร์บิทัลเหล่านี้จึงเป็นตัวแทนของ ออ ร์บิทัลโมเลกุลที่ต้านพันธะ

σ (ซิกมา) และ π (pi) ออร์บิทัลแบบต้านพันธะ

ทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลยืมแนวคิดบางอย่างจากทฤษฎีพันธะวาเลนซ์ ตามทฤษฎีนี้ ออร์บิทัลของอะตอมสามารถทับซ้อนกันได้เมื่อออร์บิทัลของอะตอมเรียงตัวตามแกนพันธะ หรือในแนวขวาง เมื่อออร์บิทัลของอะตอมวางตัวขนานกัน ตามทฤษฎีพันธะวาเลนซ์ ทำให้เกิดพันธะเคมี 2 ประเภท ได้แก่ พันธะ σ (ซิกมา) และพันธะ π (pi)

จากมุมมองของทฤษฎีการโคจรของโมเลกุล การทับซ้อนนี้ถูกตีความว่าเป็นการก่อตัวของออร์บิทัลโมเลกุล σ และ π ซึ่งหมายความว่า เมื่อโมเลกุลก่อตัวขึ้น ออร์บิทัลโมเลกุลที่มีพันธะ σ และ π และแอนติบอดีพันธะ σ และ π ออร์บิทัลโมเลกุลสามารถก่อตัวขึ้นได้ ออร์บิทัลแบบแอนติบอนดิ้ง π ออร์บิทัลสามารถก่อตัวขึ้นได้ระหว่าง p,dof ออร์บิทัลของอะตอมเท่านั้น แต่ไม่สามารถเกิดระหว่างออร์บิทัล s ได้

ออร์บิทัลต้านพันธะและออร์บิทัลบอนด์

เหตุผลหนึ่งที่ออร์บิทัลต้านพันธะได้รับชื่อก็เพราะการวางอิเล็กตรอนในออร์บิทัลเหล่านี้ทำให้พันธะโควาเลนต์ระหว่างสองอะตอมอ่อนลง สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการมีอยู่ของอิเล็กตรอนเหล่านี้ลดลำดับพันธะ ซึ่งแสดงถึงจำนวนคู่ของอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันอย่างมีประสิทธิภาพระหว่างสองอะตอมที่มีพันธะ ลำดับพันธบัตรสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการต่อไปนี้:

ลำดับพันธะเป็นหน้าที่ของวงโคจรโมเลกุลที่ต่อต้านพันธะ

ที่ไหนและใน แสดงจำนวนอิเล็กตรอนในออร์บิทัลโมเลกุลที่สร้างพันธะ (อิเล็กตรอนที่มีพันธะ) และ e * antienlแสดงจำนวนอิเล็กตรอนในออร์บิทัลที่ต้านพันธะ ยิ่งจำนวนอิเล็กตรอนที่มีพันธะผูกพันมาก ลำดับพันธะก็จะยิ่งต่ำลง

ในกรณีที่จำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน ลำดับพันธะจะเป็นศูนย์ อะตอมจึงสร้างพันธะกันไม่ได้ นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นในกรณีของก๊าซมีตระกูลซึ่งมีเปลือกอิเล็กทรอนิกส์อยู่เต็มไปหมด ดังนั้นจึงอธิบายได้ว่าทำไมไม่มีโมเลกุลของฮีเลียม นีออน อาร์กอน ฯลฯ

ภาพประกอบการก่อตัวของออร์บิทัลต้านพันธะ

รูปด้านล่างแสดงการก่อตัวของออร์บิทัลโมเลกุลเมื่ออะตอมที่เหมือนกันสองอะตอมจากคาบที่สองของตารางธาตุรวมตัวกันเป็นโมเลกุลไดอะตอมแบบโฮโมนิวเคลียร์

วงโคจรของโมเลกุลที่ต่อต้านพันธะ

ดังที่เห็นได้ว่า การรวมตัวกันของออร์บิทัลของอะตอม 2 ออร์บิทัลจะสร้างออร์บิทัลโมเลกุล 2 ออร์บิทัลเสมอ ดังนั้นหากรวมอะตอม 2 อะตอมที่มีอิเล็กตรอนใน 5 ออร์บิทัลของอะตอม ดังในรูปที่แล้ว ออร์บิทัลของโมเลกุลทั้งหมดจะรวมกันเป็น 10 ออร์บิทัล ดังที่เห็นได้จากออร์บิทัลของโมเลกุลทั้ง 10 ออร์บิทัล สามออร์บิทัลที่ต้านพันธะ σ ออร์บิทัล ในขณะที่ 2 ออร์บิทัลที่ต้านพันธะ π ออร์บิทัล อีกครึ่งหนึ่งเป็นออร์บิทัลที่มีพันธะ

เพื่อแสดงให้เห็นข้างต้น การก่อตัวของโมเลกุลไนโตรเจน (N 2 ) ธาตุที่ 7 ของตารางธาตุและองค์ประกอบของคาบที่สองแสดงไว้ด้านล่าง

วงโคจรของโมเลกุลที่ต่อต้านพันธะ

ในตัวอย่างนี้ การจัดเรียงอิเล็กตรอนของโมเลกุลคือ

วงโคจรของโมเลกุลที่ต่อต้านพันธะ

จากการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์นี้ เราสามารถระบุได้ว่าคำสั่งซื้อพันธบัตรคือ:

ลำดับพันธะเป็นหน้าที่ของวงโคจรโมเลกุลที่ต่อต้านพันธะ

สิ่งนี้บ่งชี้ว่าโมเลกุลของไนโตรเจนประกอบด้วยสองอะตอมของธาตุนี้ที่เชื่อมโยงกันด้วยอิเล็กตรอนสามคู่หรือสิ่งที่เหมือนกันคือพันธะสาม

อ้างอิง

Atkins, P., & dePaula, J. (2010). เคมีเชิงฟิสิกส์ (ฉบับที่ 8) บรรณาธิการการแพทย์ Panamerican

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). เคมี (ฉบับที่ 11) McGraw-Hill Interamericana de España SL

Moreno, C. (2019, 9 เมษายน). ทฤษฎีการโคจรของโมเลกุล . ไบโอโพรฟ. https://bioprofe.com/molecular-orbital-theory/

สั่งลิงค์ . (น.ป.). เคมี.ศ. https://www.quimica.es/enciclopedia/Orden_de_enlace.html

มหาวิทยาลัยอิสระแห่งเม็กซิโก (น.ป.). ออร์บิทัล ของโมเลกุลในพันธะเคมี ยูนัม https://amyd.quimica.unam.mx/pluginfile.php/6316/mod_resource/content/1/Whitten%20orbitales%20moleculares.pdf

-โฆษณา-

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

Artículos relacionados