Chapter 10: Chemical Bonding: Molecular Geometry and Bonding Theories

Back to chapter

10.8:

نظرية المدارات الجزيئية I

JoVE Core
Chimica

È necessario avere un abbonamento a JoVE per visualizzare questo. Accedi o inizia la tua prova gratuita.

JoVE Core Chimica

Molecular Orbital Theory I

Video precedente
10.7: Hybridization of Atomic Orbitals II

Video successivo
10.9: Molecular Orbital Theory II

Lingue

Condividere

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

تصف النظرية المدارية الجزيئية،توزيع الإلكترونات في جميع أنحاء الجزيء،بدلاًمن توطينهم في روابط محددة بين الذرات. مثل المدارات الذرية،تعدالمدارات الجزيئية هي دوال موجية تصف أين من المحتمل أن تكون الإلكترونات. يتم تقدير هذه الدوال من خلال عملية رياضية،تسمى التركيبة الخطية للمدارات الذرية.يمكن أن تتفاعل الأمواج بشكل بناء أو بشكل مدمر. التداخل البناء بين المدارات الذرية في-الطور،تؤدي الي كثافة إلكترونية أكبر بين النوى موجبة الشحنة،مما يجعل الجزيء أكثر استقرارًا. ترابط المدار الجزيئي هذا،أقل في الطاقة من أي من المدارات الذرية الأصلية.التداخل المدمر بين المدارات الذرية خارج-الطور،يؤدي الى كثافة الكترونية منخفضة في المستوى العقدي بين النوى،مما يجعل الجزيء أقل استقرارًا. هذا المدار الجزيئي المضاد للترابط،أعلى في الطاقة من المدارات الذرية،ويتم تمييزه بنجمة أو علامة النجمة. تصنف المدارات الجزيئية بالطريقة التي تتداخل بها المدارات الذرية.مزيج وجهاًلوجه من المدارات الذرية على طول محور النواة الداخلي مثل التداخل بين اثنين من مدارات s أو اثنين من مدارات طرف إلى طرف p،ينتج عنها المدارات الجزيئية سيجما. كثافة الإلكترون المداري سيجما يتركز حول محور النواة الداخلي. التداخل الجانبي،مثل تداخل الجانبي لاثنين من مدارات p،ينتج عنها مدارات جزيئية pi.هنا،تتركز كثافة الإلكترون على جوانب متقابلة من المحور الداخلي. توجيه ثلاثة مدارات p مختلفة،يعني أن يتداخل زوج واحد طرف إلى طرف،ويتداخل الزوجان الآخران بشكل جانبي. عادة ما تكون مدارات الرابطة pi متساوية في الطاقة،أو تتحلل،كما يحدث لمدارات pi المضادة للترابط.يمكن أن تتداخل المدارات إذا كانت طاقاتهم متشابهة وتماثلها متوافق. لذلك،يمكن أن يتداخل مداران 2s،لكن المدار 2s بشكل عام له تداخل ضئيل مع مداري 1s أو 2p.

10.8:

نظرية المدارات الجزيئية I

نظرة عامة على النظرية المدارية الجزيئية

تصف النظرية المدارية الجزيئية توزيع الإلكترونات في الجزيئات بنفس طريقة وصف توزيع الإلكترونات في الذرات باستخدام المدارات الذرية. تصف ميكانيكا الكم سلوك الإلكترون في الجزيء بواسطة دالة موجية ، Ψ، مماثلة للسلوك في الذرة. تماماً مثل الإلكترونات الموجودة حول الذرات المعزولة، تقتصر الإلكترونات الموجودة حول الذرات في الجزيئات على طاقات منفصلة (مكمية). تسمى منطقة الفضاء التي من المحتمل أن يوجد فيها إلكترون التكافؤ في الجزيء المداري الجزيئي (Ψ²). مثل المدار الذري، يكون المدار الجزيئي ممتلئاً عندما يحتوي على إلكترونين مع دوران معاكس.

مزيج خطي من المدارات الذرية

تُسمى العملية الحسابية للجمع بين المدارات الذرية لتوليد المدارات الجزيئية بالجمع الخطي للمدارات الذرية (LCAO). تصف ميكانيكا الكم المدارات الجزيئية بأنها مجموعات من وظائف الموجات المدارية الذرية. يمكن أن يؤدي الجمع بين الموجات إلى تداخل بناء أو مدمر. في المدارات، يمكن أن تتحد الموجات مع موجات في الطور تنتج مناطق ذات احتمالية أعلى لكثافة الإلكترون وموجات خارج الطور تنتج عقدًا، أو مناطق ليس بها كثافة إلكترون.

المدارات الجزيئية الرابطة والمضادة للترابط

هناك نوعان من المدارات الجزيئية التي يمكن أن تتكون من تداخل مداريs ذريين على ذرات متجاورة. ينتج عن الدمج في الطور طاقة أقل من σ_s مدار جزيئي (يُقرأ "sigma-s") حيث تكون معظم كثافة الإلكترون مباشرة بين النوى. ينتج عن الإضافة خارج الطور (أو طرح وظائف الموجة) طاقة أعلى σ_s* مدار جزيئي (يُقرأ كـ "sigma-s-star")، حيث توجد عقدة بين النوى. تشير علامة النجمة إلى أن المدار مدار مضاد للترابط. تنجذب الإلكترونات الموجودة في مدار σ بواسطة النواتين في نفس الوقت وتكون أكثر استقرارًا (ذات طاقة أقل) مما ستكون عليه في الذرات المعزولة. تؤدي إضافة الإلكترونات إلى هذه المدارات إلى إنشاء قوة تربط النواتين معًا ، لذلك تسمى هذه المدارات بمدارات الترابط. تقع الإلكترونات في σ_s* على مسافة بعيدة جدًا من المنطقة الواقعة بين النواتين. تعمل القوة الجاذبة بين النوى وهذه الإلكترونات على سحب النواتين بعيدًا عن بعضها البعض. ومن ثم، فإن هذه المدارات تسمى المدارات المضادة للترابط. تملأ الإلكترونات مدار الترابط منخفض الطاقة قبل المدار المضاد ذي الطاقة العالية.

في مدارات p، تؤدي الدالة الموجية إلى ظهور فصين بمراحل متعاكسة. عندما تتداخل الفصوص المدارية لنفس المرحلة، يزيد تداخل الموجة البناءة من كثافة الإلكترون. عندما تتداخل مناطق الطور المعاكس، فإن تداخل الموجة المدمر يقلل من كثافة الإلكترون ويخلق العقد. عندما تتداخل المدارات p من طرف إلى آخر، فإنها تخلق مدارات σ و σ*. يؤدي التداخل جنباً إلى جنب بين مداري p إلى مدار جزيئي مترابط pi (π)، ومدار جزيئي مضاد للترابط π*. الإلكترونات في مدارات π تتفاعل مع كلتا النوى وتساعد في تثبيت الذرتين معاً، مما يجعله مداراً مترابطاً. للتجمع خارج الطور، هناك مستويين عقديين تم إنشاؤهما، أحدهما على طول المحور الداخلي والآخر عمودي بين النوى.

تم اقتباس هذا النص من Openstax, Chemistry 2e, Section 8.4: Molecular Orbital Theory.

Suggested Reading

Tags

Molecular Orbital Theory Electrons Molecule Atomic Orbitals Wave Functions Electron Density Constructive Interference Bonding Molecular Orbital Energy Destructive Interference Antibonding Molecular Orbital Nodal Plane Classification Of Molecular Orbitals Sigma Molecular Orbitals Pi Molecular Orbitals