Τι είναι ένα αντιδεσμικό τροχιακό;

Ένα αντιδεσμικό τροχιακό (ονομάζεται επίσης αντισυνδεδεμένο τροχιακό) είναι ένας τύπος μοριακού τροχιακού που χαρακτηρίζεται από το ότι έχει υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο και επομένως είναι λιγότερο σταθερό από τα ατομικά τροχιακά που συνδυάστηκαν για να το δημιουργήσουν. Για το λόγο αυτό, είναι ένα τροχιακό που, με την υποδοχή των ηλεκτρονίων, κάνει το μόριο λιγότερο σταθερό και τον δεσμό λιγότερο ισχυρό.

Στην πραγματικότητα, η παρουσία ηλεκτρονίων σε τροχιακά με αντιδεσμούς μειώνει τη σειρά ομοιοπολικών δεσμών μεταξύ δύο ατόμων, και από εκεί προέρχεται το «αντι» του αντιδεσμού.

Για να κατανοήσουμε καλύτερα την έννοια του αντιδεσμικού τροχιακού πρέπει να επισκεφτούμε εν συντομία τη θεωρία των μοριακών τροχιακών, μέσα στην οποία πλαισιώνονται αυτού του είδους τα τροχιακά.

μοριακή τροχιακή θεωρία

Υπάρχουν διάφορες θεωρίες που επιδιώκουν να εξηγήσουν τα παρατηρούμενα χαρακτηριστικά των χημικών δεσμών . Οι δύο πιο διαδεδομένες θεωρίες είναι η θεωρία του δεσμού σθένους και η θεωρία των μοριακών τροχιακών. Το τελευταίο δηλώνει ότι όταν δύο άτομα συνδέονται χημικά μεταξύ τους, τα ατομικά τροχιακά τους συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα νέο σύνολο τροχιακών που δεν ανήκουν πλέον σε κάθε άτομο ξεχωριστά, αλλά σε ολόκληρο το μόριο. Με άλλα λόγια, σχηματίζεται ένα σύνολο ή ένα σύνολο μοριακών τροχιακών.

Εν ολίγοις, όπως τα άτομα έχουν ατομικά τροχιακά, τα μόρια, όταν σχηματίζονται, σχηματίζουν επίσης μοριακά τροχιακά στα οποία κατανέμονται όλα τα ηλεκτρόνια των ατόμων που αποτελούν το μόριο. Ο τρόπος με τον οποίο τα ηλεκτρόνια γεμίζουν αυτά τα μοριακά τροχιακά αντιπροσωπεύει το μοριακό ισοδύναμο της ηλεκτρονιακής διαμόρφωσης των ατόμων και καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τις ιδιότητες των μορίων.

Σχηματισμός Μοριακών Τροχιακών

Τα μοριακά τροχιακά σχηματίζονται από τον γραμμικό συνδυασμό ατομικών τροχιακών. Από μαθηματική άποψη, αυτό σημαίνει ότι ένα μοριακό τροχιακό αντιπροσωπεύεται από μια κυματική συνάρτηση που προκύπτει από τον γραμμικό συνδυασμό των κυματοσυναρτήσεων των ατομικών τροχιακών δύο ατόμων που συνδέονται μέσω ενός ομοιοπολικού δεσμού.

Σε γενικές γραμμές, όσο πιο όμοια σε ενέργεια είναι τα δύο ατομικά τροχιακά που συνδυάζονται, τόσο καλύτερα θα συνδυαστούν, έτσι σε ένα ομοπυρηνικό διατομικό μόριο (που σχηματίζεται από δύο άτομα του ίδιου στοιχείου) το τροχιακό 1s ενός ατόμου θα συνδυαστεί τέλεια με το 1s τροχιακό του άλλου, τότε το 2s θα συνδυαστεί με το 2s, μετά το 2p με το 2p και ούτω καθεξής.

Μοριακά Τροχιακά Δέσμευσης και Αντιδέσμευσης

Η κβαντομηχανική καθιερώνει μια σειρά κανόνων που υπαγορεύουν τον τρόπο με τον οποίο τα ατομικά τροχιακά συνδυάζονται για να δημιουργήσουν νέα μοριακά τροχιακά. Αρχικά, αυτοί οι κανόνες ορίζουν ότι ο αριθμός των μοριακών τροχιακών που σχηματίζονται πρέπει πάντα να είναι ίσος με τον αριθμό των ατομικών τροχιακών που συνδυάζονται.

Από την άλλη πλευρά, όταν συνδυάζονται δύο ατομικά τροχιακά, το ένα από τα μοριακά τροχιακά που σχηματίζονται έχει πάντα χαμηλότερη ενέργεια και το άλλο υψηλότερη ενέργεια από τα αρχικά ατομικά τροχιακά. Στις περιπτώσεις που συνδυάζονται πολλά ατομικά τροχιακά του ίδιου υποεπιπέδου (για παράδειγμα, τρία τροχιακά p, πέντε d τροχιακά), θα σχηματιστεί επίσης ένας ισοδύναμος αριθμός μοριακών τροχιακών, τα μισά από αυτά με χαμηλότερη ενέργεια και τα άλλα μισά με υψηλότερη ενέργεια. ενέργεια. Ωστόσο, η κατανομή ενέργειας αυτών των τροχιακών μπορεί να είναι πολύπλοκη, ανάλογα με τα συγκεκριμένα άτομα που συνδυάζονται, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Σε κάθε περίπτωση, η τοποθέτηση ηλεκτρονίων στα μοριακά τροχιακά με την υψηλότερη ενέργεια αποσταθεροποιεί το μόριο και αποδυναμώνει τον ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ των δύο ατόμων. Δηλαδή, το σύνολο των μοριακών τροχιακών με την υψηλότερη ενέργεια που σχηματίζεται από το συνδυασμό ατομικών τροχιακών αντιστοιχεί στα αντιδεσμικά μοριακά τροχιακά. Αυτά τα τροχιακά αναγνωρίζονται τοποθετώντας έναν εκθέτη αστερίσκο στο τροχιακό σύμβολο.

Αντιδεσμικά τροχιακά και καταστροφικές παρεμβολές

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο συνδυασμός ατομικών τροχιακών είναι ένας συνδυασμός κυματοσυναρτήσεων. Αυτό σημαίνει ότι το μοριακό τροχιακό είναι, στην ουσία, το αποτέλεσμα της παρεμβολής δύο κυμάτων και, όπως πάντα σε αυτές τις περιπτώσεις, αυτή η παρεμβολή μπορεί να είναι εποικοδομητική ή καταστροφική, ανάλογα με το αν τα δύο κύματα είναι σε φάση ή όχι.

Υπό αυτή την έννοια, δύο ακραίες περιπτώσεις μπορούν να συμβούν όταν σχηματίζονται μοριακά τροχιακά:

1. Ότι, μεταξύ των δύο ατομικών πυρήνων, και τα δύο τροχιακά βρίσκονται στην ίδια φάση και επομένως υπάρχει μια εποικοδομητική παρεμβολή. Σε αυτή την περίπτωση, λαμβάνεται ένα μοριακό τροχιακό στο οποίο τα ηλεκτρόνια έχουν μεγάλη πιθανότητα να βρίσκονται μεταξύ των δύο ατόμων, αντιπροσωπεύοντας έτσι ένα δεσμευτικό μοριακό τροχιακό.
2. Ότι τα δύο ατομικά τροχιακά βρίσκονται σε αντίθετες φάσεις, έτσι συμβαίνει καταστροφική παρεμβολή με το σχηματισμό ενός κόμβου μεταξύ των δύο πυρήνων (δηλαδή, η κυματική συνάρτηση γίνεται μηδέν στο μέσο μεταξύ των δύο πυρήνων). Σε αυτή την περίπτωση, η πιθανότητα να βρεθεί ένα ηλεκτρόνιο μεταξύ των δύο ατόμων είναι μηδέν, επομένως αυτά τα τροχιακά αντιπροσωπεύουν μοριακά τροχιακά αντιδεσμικά .

σ (σίγμα) και π (pi) αντιδεσμικά τροχιακά

Η μοριακή τροχιακή θεωρία δανείζεται ορισμένες έννοιες από τη θεωρία των δεσμών σθένους. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, τα τροχιακά μπορούν να επικαλύπτονται μετωπικά όταν τα ατομικά τροχιακά είναι ευθυγραμμισμένα κατά μήκος του άξονα του δεσμού ή πλευρικά, όταν τα ατομικά τροχιακά είναι προσανατολισμένα παράλληλα. Σύμφωνα με τη θεωρία του δεσμού σθένους, αυτό δημιουργεί δύο κατηγορίες χημικών δεσμών, οι οποίοι είναι οι δεσμοί σ (σίγμα) και οι δεσμοί π (pi).

Από την άποψη της θεωρίας των μοριακών τροχιακών, αυτή η επικάλυψη ερμηνεύεται ως σχηματισμός μοριακών τροχιακών σ και π. Αυτό σημαίνει ότι, όταν σχηματίζεται ένα μόριο, μπορούν να σχηματιστούν τόσο δεσμευτικά σ και π μοριακά τροχιακά όσο και αντιδεσμικά σ και π μοριακά τροχιακά. Τα αντιδεσμικά π τροχιακά μπορούν να σχηματιστούν μόνο μεταξύ των ατομικών τροχιακών p,dof, αλλά όχι μεταξύ των τροχιακών s.

Αντιδεσμικά τροχιακά και σειρά δεσμών

Ένας λόγος που τα αντιδεσμικά τροχιακά πήραν το όνομά τους είναι επειδή η τοποθέτηση ηλεκτρονίων σε αυτά τα τροχιακά αποδυναμώνει τον ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ δύο ατόμων. Αυτό συμβαίνει επειδή η παρουσία αυτών των ηλεκτρονίων μειώνει τη σειρά δεσμών, η οποία αντιπροσωπεύει τον αριθμό των ζευγών ηλεκτρονίων που μοιράζονται αποτελεσματικά μεταξύ δύο συνδεδεμένων ατόμων. Η παραγγελία ομολόγων μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση:

που και _μέσα αντιπροσωπεύει τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε δεσμευτικά μοριακά τροχιακά (δεσμικά ηλεκτρόνια) και το e ^* _antienl αντιπροσωπεύει τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε αντιδεσμικά τροχιακά (αντιδεσμικά ηλεκτρόνια). Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των αντιδεσμικών ηλεκτρονίων, τόσο μικρότερη είναι η σειρά του δεσμού.

Στην περίπτωση που και οι δύο αριθμοί ηλεκτρονίων είναι ίσοι, η τάξη του δεσμού είναι μηδέν, άρα τα άτομα δεν μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους. Αυτό ακριβώς συμβαίνει στην περίπτωση των ευγενών αερίων, τα οποία έχουν πλήρως γεμίσει τα ηλεκτρονικά τους κελύφη, εξηγώντας έτσι γιατί δεν υπάρχουν μόρια ηλίου, νέον, αργού κ.λπ.

Απεικόνιση του σχηματισμού αντιδεσμικών τροχιακών

Το παρακάτω σχήμα δείχνει τον σχηματισμό μοριακών τροχιακών όταν δύο πανομοιότυπα άτομα από τη δεύτερη περίοδο του περιοδικού πίνακα συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα ομοπυρηνικό διατομικό μόριο.

Όπως φαίνεται, ο συνδυασμός δύο ατομικών τροχιακών δημιουργεί πάντα δύο μοριακά τροχιακά, οπότε αν συνδυαστούν δύο άτομα με ηλεκτρόνια σε 5 ατομικά τροχιακά, όπως στο προηγούμενο σχήμα, θα παραχθούν συνολικά δέκα μοριακά τροχιακά. Όπως φαίνεται, από τα δέκα μοριακά τροχιακά, τα τρία είναι αντιδεσμικά τροχιακά σ ενώ τα 2 είναι αντιδεσμικά π τροχιακά. Τα άλλα μισά είναι τροχιακά δεσμού.

_{Για να επεξηγηθούν τα παραπάνω, ο σχηματισμός του μορίου του αζώτου (N 2} ), του στοιχείου 7 του περιοδικού πίνακα και ενός στοιχείου της δεύτερης περιόδου φαίνονται παρακάτω .

Σε αυτό το παράδειγμα, η διαμόρφωση ηλεκτρονίων του μορίου είναι

Με βάση αυτήν την ηλεκτρονική διαμόρφωση, μπορούμε να προσδιορίσουμε ότι η παραγγελία ομολόγων είναι:

Αυτό δείχνει ότι το μόριο του αζώτου αποτελείται από δύο άτομα αυτού του στοιχείου που συνδέονται μεταξύ τους με τρία ζεύγη ηλεκτρονίων ή, το ίδιο, με έναν τριπλό δεσμό.

βιβλιογραφικές αναφορές

Atkins, P., & dePaula, J. (2010). Physical Chemistry (8η έκδ.). Panamerican Medical Editorial.

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Χημεία (11η έκδ.). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Moreno, C. (2019, 9 Απριλίου). Μοριακή Τροχιακή Θεωρία . Bioprof. https://bioprofe.com/molecular-orbital-theory/

Παραγγελία συνδέσμου . (ν.δ.). Χημείας.Ε.Σ. https://www.quimica.es/enciclopedia/Orden_de_enlace.html

Αυτόνομο Πανεπιστήμιο του Μεξικού. (ν.δ.). Μοριακά τροχιακά σε χημικούς δεσμούς . UNAM. https://amyd.quimica.unam.mx/pluginfile.php/6316/mod_resource/content/1/Whitten%20orbitales%20moleculares.pdf