Orbital molecular anti-ligação - Antibonding molecular orbital
Na teoria da ligação química , um orbital anti- ligação é um tipo de orbital molecular (MO) que enfraquece a ligação química entre dois átomos e ajuda a aumentar a energia da molécula em relação aos átomos separados. Tal orbital tem um ou mais nós na região de ligação entre os núcleos. A densidade dos elétrons no orbital está concentrada fora da região de ligação e age para puxar um núcleo para longe do outro e tende a causar repulsão mútua entre os dois átomos. Isso está em contraste com um orbital molecular de ligação , que tem uma energia menor do que a dos átomos separados e é responsável pelas ligações químicas .
Moléculas diatômicas
Orbitais moleculares de ligação (MOs) são normalmente mais elevados em energia do que orbitais moleculares de ligação. Orbitais de ligação e anti-ligação se formam quando os átomos se combinam em moléculas. Se dois átomos de hidrogênio estão inicialmente distantes, eles têm orbitais atômicos idênticos . No entanto, à medida que o espaçamento entre os dois átomos se torna menor, as funções de onda do elétron começam a se sobrepor. O princípio de exclusão de Pauli proíbe que dois elétrons (e-) em uma molécula tenham o mesmo conjunto de números quânticos . Portanto, cada orbital atômico original dos átomos isolados (por exemplo, o nível de energia do estado fundamental, 1 s ) se divide em dois orbitais moleculares pertencentes ao par, um mais baixo em energia do que o nível atômico original e um mais alto. O orbital que está em um estado de energia mais baixo do que os orbitais dos átomos separados é o orbital de ligação, que é mais estável e promove a ligação dos dois átomos de H em H 2 . O orbital de alta energia é o orbital anti-ligação, que é menos estável e se opõe à ligação se estiver ocupado. Em uma molécula como o H 2 , os dois elétrons normalmente ocupam o orbital de ligação de baixa energia, de modo que a molécula é mais estável do que os átomos de H separados.
Um orbital molecular torna-se anti-aglutinante quando há menos densidade de elétrons entre os dois núcleos do que haveria se não houvesse nenhuma interação de ligação. Quando um orbital molecular muda de sinal (de positivo para negativo) em um plano nodal entre dois átomos, diz-se que está anti-aderente em relação a esses átomos . Os orbitais anti-ligação são frequentemente marcados com um asterisco (*) nos diagramas orbitais moleculares.
Em moléculas diatômicas homonucleares , os orbitais anticolantes σ * ( estrela sigma ) não têm planos nodais passando pelos dois núcleos, como as ligações sigma , e os orbitais π * ( estrela pi ) têm um plano nodal passando pelos dois núcleos, como as ligações pi . O princípio de exclusão de Pauli determina que dois elétrons em um sistema em interação não podem ter o mesmo estado quântico. Se os orbitais de ligação estiverem preenchidos, todos os elétrons adicionais ocuparão os orbitais anti-ligação. Isso ocorre na molécula He 2 , na qual os orbitais 1sσ e 1sσ * são preenchidos. Uma vez que o orbital anti - aderente é mais anti-aderente do que o orbital aderente , a molécula tem uma energia mais alta do que dois átomos de hélio separados e, portanto, é instável.
Moléculas poliatômicas
Em moléculas com vários átomos, alguns orbitais podem ser deslocalizados em mais de dois átomos. Um orbital molecular particular pode estar se ligando em relação a alguns pares de átomos adjacentes e anti-ligando em relação a outros pares . Se as interações de ligação superam as interações anti-ligação, o MO é chamado de ligação , ao passo que, se as interações anti-ligação superam as interações de ligação, o orbital molecular é chamado de anti- ligação .
Por exemplo, o butadieno tem orbitais pi que são deslocalizados sobre todos os quatro átomos de carbono. Existem dois orbitais pi de ligação que estão ocupados no estado fundamental : π 1 é a ligação entre todos os carbonos, enquanto π 2 é a ligação entre C 1 e C 2 e entre C 3 e C 4 , e anti- ligação entre C 2 e C 3 . Existem também orbitais pi anti-ligantes com duas e três interações anti-ligantes, conforme mostrado no diagrama; estes estão vagos no estado fundamental , mas podem ser ocupados em estados excitados .
Da mesma forma, o benzeno com seis átomos de carbono tem três orbitais pi de ligação e três orbitais pi anti-ligação. Como cada átomo de carbono contribui com um elétron para o sistema π do benzeno, existem seis elétrons pi que preenchem os três orbitais moleculares pi de menor energia (os orbitais pi de ligação).
Os orbitais anti-aderentes também são importantes para explicar as reações químicas em termos da teoria dos orbitais moleculares. Roald Hoffmann e Kenichi Fukui compartilharam o Prêmio Nobel de Química de 1981 por seu trabalho e desenvolvimento de explicações orbitais moleculares qualitativas para reações químicas.
Veja também
Referências
- Orchin, M. Jaffe, HH (1967) The Importance of Antibonding Orbitals . Houghton Mifflin. ISBN B0006BPT5O
- Prêmio Nobel de Química de 1981