En química cuántica , un orbital de enlace natural o NBO es un orbital de enlace calculado con máxima densidad electrónica . Los NBO forman parte de una secuencia de conjuntos de orbitales naturales localizados que incluyen "orbitales atómicos naturales" (NAO), "orbitales híbridos naturales" (NHO), "orbitales de enlace naturales" (NBO) y "orbitales moleculares naturales (semi) localizados". " (NLMO). Estos conjuntos naturales localizados son intermedios entre los orbitales atómicos básicos (AO) y los orbitales moleculares (MO):
Los orbitales naturales (localizados) se utilizan en química computacional para calcular la distribución de la densidad electrónica en los átomos y en los enlaces entre átomos. Tienen el "carácter de ocupación máxima" en regiones localizadas de 1 centro y 2 centros de la molécula. Los orbitales de enlace natural (NBO) incluyen el porcentaje más alto posible de la densidad electrónica, idealmente cerca de 2.000, proporcionando la "estructura de Lewis natural" más precisa posible de ψ. Un alto porcentaje de densidad electrónica (denotado %-ρ L ), que a menudo se encuentra >99% para las moléculas orgánicas comunes, se corresponde con una estructura de Lewis natural precisa.
El concepto de orbitales naturales fue introducido por primera vez por Per-Olov Löwdin en 1955, para describir el conjunto único de funciones ortonormales de 1 electrón que son intrínsecas a la función de onda de N -electrones. [1]
Cada enlace NBO σ AB (el donante) se puede escribir en términos de dos híbridos de valencia dirigida (NHO) h A , h B en los átomos A y B, con los correspondientes coeficientes de polarización c A , c B :
Los enlaces varían suavemente desde el límite covalente ( c A = c B ) al iónico ( c A >> c B ).
Cada NBO σ con enlace de valencia debe emparejarse con un NBO σ* antienlazante de valencia correspondiente (el aceptor) para completar el espacio del espacio de valencia:
Los NBO de enlace son del tipo "orbital de Lewis" (números de ocupación cercanos a 2); Los NBO antienlazantes son del tipo "orbital no de Lewis" (números de ocupación cercanos a 0). En una estructura de Lewis idealizada, los orbitales de Lewis completos (dos electrones) se complementan con orbitales que no son de Lewis formalmente vacíos. Las ocupaciones débiles de los antienlaces de valencia indican desviaciones irreductibles de una estructura de Lewis localizada idealizada, lo que significa verdaderos "efectos de deslocalización". [1]
Con un programa de computadora que pueda calcular NBO, se pueden encontrar estructuras de Lewis óptimas. Una estructura de Lewis óptima se puede definir como aquella que tiene la máxima cantidad de carga electrónica en los orbitales de Lewis (carga de Lewis). Una baja cantidad de carga electrónica en los orbitales de Lewis indica fuertes efectos de la deslocalización de los electrones.
En las estructuras de resonancia , pueden existir estructuras contribuyentes mayores y menores. Para las amidas, por ejemplo, los cálculos de NBO muestran que la estructura con un doble enlace carbonilo es la estructura de Lewis dominante. Sin embargo, en los cálculos de NBO, la "resonancia iónica covalente" no es necesaria debido a la inclusión de efectos de polaridad de enlace en las estructuras de resonancia. [2] Esto es similar a otros métodos modernos de la teoría del enlace de valencia .