Orbitali Molecolari, teoria OM

La teoria OM combina la tendenza degli atomi a completare i loro ottetti condividendo i propri elettroni con le loro proprietà ondulatorie. I legami covalenti sono il risultato della combinazione di orbitali atomici per formare orbitali molecolari. Un orbitale molecolare  appartiene all’intera molecola piuttosto che ad un singolo atomo e descrive la regione intorno alla molecola dove è più probabile trovare l’elettrone.

Esempio: sovrapposizione di due orbitali s

Il legame covalente che si forma quando due orbitali atomici s si sovrappongono è detto legame sigma, ϭ, ha simmetria cilindrica (ovvero gli elettroni sono disposti simmetricamente intorno ad una linea immaginaria che unisce i due nuclei).

Durante la formazione del legame si libera energia, la stabilità è quindi incrementata. Questo è dovuto al fatto che mentre gli orbitali iniziano a sovrapporsi l’elettrone di ogni atomo è attratto non solo dal suo nucleo ma anche da quello appartenente all’altra molecola.

L’energia minima e quindi la massima stabilità si ha quando i due nuclei sono ad una certa distanza reciproca definita come lunghezza di legame.

La rottura del legame così formato richiede esattamente la stessa quantità di energia che è stata liberata con la sua formazione perché le due molecole dovranno acquistare l’energia sufficiente per tornare stabili separatamente.

La forza del legame, detta anche energia di dissociazione del legame, è quindi l’energia necessaria per rompere un legame o l’energia che si libera per formarlo.

Ogni legame covalente ha la sua caratteristica lunghezza e forza di legame.

Ma gli orbitali si conservano quando si legano tra loro, perciò quando due orbitali atomici/molecolari interagiscono, per formare un legame, non si forma un solo orbitale molecolare bensì due. Ciascuno di questi si origina in maniera differente infatti proprio come le onde gli orbitali possono combinarsi in maniera costruttiva o distruttiva, con l’addizione costruttiva si sommano tra loro mentre addizionandosi distruttivamente si cancellano.

Nel caso della combinazione di due orbitali  sigma la combinazione costruttiva crea un orbitale ϭ di legame  mentre la combinazione distruttiva crea un orbitale ϭ* di antilegame.

Gli elettroni dell’orbitale sigma di legame hanno elevata probabilità di trovarsi tra i due nuclei, causano così un elevata densità elettronica in quella regione che tiene uniti i due nuclei, costituisce il legame.

Negli orbitali molecolari di sigma di antilegame  gli elettroni hanno un’elevata probabilità di non trovarsi tra i due nuclei, gli elettroni che si trovano in questo orbitale ostacolano la formazione del legame, inoltre hanno uno stato energetico più elevato, anche a causa della loro posizione, e quindi sfavorito, l’energia di un orbitale sigma di antilegame è maggiore rispetto a quella degli orbitali atomici presi singolarmente e sommati.

L’orbitale molecolare ϭ di legame  invece ha energia minore rispetto ai due orbitali atomici presi singolarmente e sommati ed è quindi decisamente favorito infatti l’elettrone è tanto più stabile quanto maggiore è il numero di nuclei con i quali interagisce.

Gli elettroni occupano sempre gli orbitali con minore energia disponibili: principio dell’ aufbau.

Maggiore è la sovrapposizione tra gli orbitali atomici più forte è il legame covalente. Il legame covalente più forte si forma quindi se gli elettroni occupano l’orbitale molecolare ad energia minore.

I due elettroni dell’orbitale ϭ* molecolare di antilegame sfruttano l’energia che avrebbero liberato quelli sigma di legame formandosi e rendono così la molecola instabile. Per questa ragione non esiste la molecola He-He.

Un atomo meno elettronegativo contribuisce di più all’orbitale di antilegame mentre l’atomo più elettronegativo contribuisce maggiormente a quello di legame. Ciò significa che in un legame C-O gli elettroni tenderanno maggiormente a trovarsi sull’atomo di O piuttosto che su C.

P.S. anche gli altri orbitali atomici possono unirsi. Per esempio gli orbitali p possono sovrapporsi lateralmente formando l’orbitale molecolare di legame П e l’orbitale molecolare di antilegame П* che si forma con la sovrapposizione di orbitali p non in fase ( sottrazione).

Prossimamente aggiorneremo questo pezzo