เปิดเมนูหลัก

ออร์บิทัลเชิงโมเลกุล

ออร์บิทัลเชิงโมเลกุล (อังกฤษ: Molecular Orbitals; MO) เป็นฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายพฤติกรรมคล้ายคลื่นของอิเล็กตรอนในโมเลกุลโดยฟังก์ชันนี้มีความสำคัญในการคำนวณสมบัติทางเคมีและสมบัติทางกายภาพ อาทิ ความน่าจะเป็นที่จะพบอิเล็กตรอนในบริเวณต่างๆรอบโมเลกุล คำว่า "ออร์บิทัลเชิงโมเลกุล" ถูกนำใช้ครั้งแรกโดย โรเบิร์ต มัลลิเกน (Robert S. Mulliken) ในปี ค.ศ. 1932 [1][2]

ภาพรวมของออร์บิทัลเชิงโมเลกุลแก้ไข

ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลสามารถใช้แสดงบริเวณในโมเลกุลที่สามารถพบอิเล็กตรอน ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลได้จากการรวมกันของออร์บิทัลเชิงอะตอมที่ให้รายละเอียดเกี่ยวกับอิเล็กตรอนรอบๆอะตอม ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลสามารถระบุโครงแบบอิเล็กตรอนของโมเลกุลตำแหน่งการกระจายตัวและพลังงานของอิเล็กตรอนในโมเลกุล โดยออร์บิทัลเชิงโมเลกุลได้จากการรวมกันเชิงเส้นตรงของออร์บิทัลเชิงอะตอม (LCAO) ในทฤษฎีออร์บิทัลเชิงโมเลกุล (molecular orbital theory)

การเกิดออร์บิทัลเชิงโมเลกุลแก้ไข

ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลเกิดจากอันตรกิริยาระหว่างออร์บิทัลเชิงอะตอมที่มีสมมาตรที่เข้ากันได้ (ได้จากการพิจารณาตามทฤษฎีพอยท์กรุ๊ป) โดยจำนวนออร์บิทัลเชิงโมเลกุลจะต้องเท่ากับจำนวนออร์บิทัลเชิงอะตอมที่มารวมกันสำหรับโมเลกุลอะตอมคู่ใดๆแล้ว ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลแสดงได้ดังฟังก์ชันคลื่นดังต่อไปนี้

 
 

เมื่อ   และ   แทนฟังก์ชันคลื่นของโมเลกุลสำหรับออร์บิทัลเชิงโมเลกุลแบบสร้างพันธะและออร์บิทัลเชิงโมเลกุลแบบต้านพันธะตามลำดับ   และ   คือ ฟังก์ชันคลื่นของอะตอม ส่วน ca และ cb คือสัมประสิทธิ์

ชนิดของออร์บิทัลเชิงโมเลกุลแก้ไข

ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลสามารถแบ่งออกเป็น 3 ชนิด ดังนี้

ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลแบบสร้างพันธะ (bonding molecular orbitals)แก้ไข

ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลต้านสร้างพันธะ (antibonding molecular orbitals)แก้ไข

  • อันตรกิริยาระหว่างออร์บิทัลเชิงอะตอมเป็นอันตรกิริยาแบบหักล้างกัน (destructive (out-of-phase) interactions) โดยมีระนาบบัพ (nodal plane) ที่ฟังก์ชันคลื่นของออร์บิทัลเชิงโมเลกุลต้านสร้างพันธะเป็นศูนย์ระหว่างอะตอมที่เกิดอันตรกิริยากัน
  • พลังงานของออร์บิทัลเชิงโมเลกุลแบบต้านพันธะจะสูงกว่าพลังงานของออร์บิทัลเชิงอะตอมที่มารวมกัน

ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลไม่สร้างพันธะ (nonbonding molecular orbitals)แก้ไข

  • ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลไม่สร้างพันธะเป็นผลของการไม่มีอันตรกิริยาระหว่างออร์บิทัลเชิงอะตอมเนื่องจากไม่มีออร์บิทัลที่มีสมมาตรเข้ากันได้
  • พลังงานของออร์บิทัลเชิงโมเลกุลไม่สร้างพันธะจะเท่ากับพลังงานของออร์บิทัลเชิงอะตอม

การบอกชื่อของออร์บิทัลเชิงโมเลกุลตามสมมาตรแก้ไข

เราสามารถจำแนกชนิดของอันตรกิริยาระหว่างออร์บิทัลเชิงอะตอมตามสมบัติทางสมมาตร โดยการบอกชื่อออร์บิทัลเชิงโมเลกุลเป็น σ (ซิกมา), π (ไพ), δ (เดลตา), φ (ฟี), γ (แกมมา) เป็นต้น ซึ่งสอดคล้องกับสมมาตรของออร์บิทัลเชิงอะตอม s, p, d, f และ g ตามลำดับ จำนวนระนาบบัพ ของ ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลแบบ σ, π, δ, ... จะเท่ากับ 0, 1, 2, ... ตามลำดับ

สมมาตรแบบ σแก้ไข

ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลที่มีสมมาตรแบบ σ เกิดจากอันตรกิริยาระหว่าง s-ออร์บิทัล จำนวน 2 ออร์บิทัล หรือ pz จำนวน 2 ออร์บิทัลตามแนวแกนระหว่างนิวเคลียส โดยการหมุนรอบแกนไม่ทำให้เปลี่ยนเฟส และ σ* ออร์บิทัล หรือ ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลแบบต้านพันธะ σ ก็ไม่เปลี่ยนเฟสเมื่อมีการหมุนรอบแกนเช่นกัน [3]

สมมาตรแบบ πแก้ไข

ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลที่มีสมมาตรแบบ π เกิดจากอันตรกิริยาระหว่าง px จำนวน 2 ออร์บิทัล หรือ py จำนวน 2 ออร์บิทัล ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลที่มีสมมาตรแบบ π จะไม่สมมาตรเมื่อเมื่อมีการหมุนรอบแกนระหว่างนิวเคลียสเนื่องจากจะทำให้มรการเปลี่ยนเฟสขึ้น ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลแบบต้านพันธะ π* ก็ไม่เปลี่ยนเฟสเมื่อมีการหมุนรอบแกนเช่นกัน [4]

 
การเรียงตัวของ p-ออร์บิทัลเพื่อเกิดเป็นพันธะ π

สมมาตรแบบ δแก้ไข

ออร์บิทัลเชิงโมเลกุลที่มีสมมาตรแบบ δ เกิดจากอันตรกิริยาระหว่าง dxy จำนวน 2 ออร์บิทัล หรือ dx2-y2 จำนวน 2 ออร์บิทัล เนื่องจากออร์บิทัลเชิงโมเลกุลชนิดนี้เกิดขึ้นโดยออร์บิทัลเชิงโมเลกุลแบบ d ที่มีพลังงานต่ำ จึงพบได้ในสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะแทรนซิชัน เช่น พันธะระหว่าง Rh-Rh ในไอออนลบเชิงซ้อน [Re2Cl8]2− [5]

 
การเรียงตัวของ d-ออร์บิทัลเพื่อเกิดเป็นพันธะ δ

สมมาตรแบบ φแก้ไข

นักเคมีเชิงทฤษฎีได้คำนวณพันธะที่มีสมมาตรแบบ φ และในปี ค.ศ.2005 ได้มีการรายงานสารประกอบที่มีพันธะแบบ φ ในโมเลกุล U2[6]

การเรียงตัวของ f-ออร์บิทัลเพื่อเกิดเป็นพันธะ φ

ดูเพิ่มแก้ไข

อ้างอิงแก้ไข

  1. Mulliken, Robert S. (July 1932). Electronic Structures of Polyatomic Molecules and Valence. II. General Considerations. Physical Review 41 (1): 49–71.
  2. R. S. Mulliken, The assignment of quantum numbers for electrons in molecules, Physical Review, vol. 32, pages 186–222 (1928).
  3. Catherine E. Housecroft, Alan G, Sharpe, Inorganic Chemistry, Pearson Prentice Hall; 2nd Edition, 2005, p. 29-33.
  4. Michael Munowitz, Principles of Chemistry, Norton & Company, 2000, p. 229-233.
  5. F. A. Cotton (1965), Metal-Metal Bonding in [Re2X8]2− Ions and Other Metal Atom Clusters , Inorganic Chemistry, 4 (3), 334–336.
  6. Gagliardi, Laura; Roos, Björn O. (2005). Quantum chemical calculations show that the uranium molecule U2 has a quintuple bond. Nature 433: 848–851.