En química cuántica , un orbital de enlace natural o NBO es un orbital de enlace calculado con una densidad electrónica máxima . Los NBO forman parte de una secuencia de conjuntos de orbitales localizados naturales que incluyen "orbitales atómicos naturales" (NAO), "orbitales híbridos naturales" (NHO), "orbitales de enlace naturales" (NBO) y "orbitales moleculares (semi)localizados naturales" (NLMO). Estos conjuntos localizados naturales 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 átomos y en 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 naturales (NBO) incluyen el mayor porcentaje posible de la densidad electrónica, idealmente cerca de 2.000, lo que proporciona la "estructura de Lewis natural" más precisa posible de ψ. Un alto porcentaje de densidad electrónica (denotado %-ρ L ), que a menudo se encuentra en >99% para moléculas orgánicas comunes, corresponde a 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 NBO enlazante σ AB (el donante) se puede escribir en términos de dos híbridos de valencia dirigidos (NHO) h A , h B en los átomos A y B, con coeficientes de polarización correspondientes c A , c B :
Los enlaces varían suavemente desde el límite covalente ( c A = c B ) hasta el iónico ( c A >> c B ).
Cada enlace de valencia NBO σ debe emparejarse con un antienlace de valencia correspondiente NBO σ* (el aceptor) para completar el espacio de valencia:
Los NBO enlazantes son del tipo "orbital de Lewis" (números de ocupación cercanos a 2); los NBO antienlazantes son del tipo "orbital no Lewis" (números de ocupación cercanos a 0). En una estructura de Lewis idealizada , los orbitales de Lewis completos (dos electrones) se complementan con orbitales no Lewis formalmente vacíos. Las ocupaciones débiles de los antienlaces de valencia indican desviaciones irreducibles de una estructura de Lewis localizada idealizada, lo que significa verdaderos "efectos de deslocalización". [1]
Con un programa informático que pueda calcular los NBO, se pueden encontrar estructuras de Lewis óptimas. Una estructura de Lewis óptima se puede definir como aquella con la máxima cantidad de carga electrónica en los orbitales de Lewis (carga de Lewis). Una cantidad baja de carga electrónica en los orbitales de Lewis indica fuertes efectos de deslocalización electrónica.
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 carbonílico es la estructura de Lewis dominante. Sin embargo, en los cálculos de NBO, no se necesita la "resonancia covalente-iónica" debido a la inclusión de efectos de polaridad de enlace en las estructuras de resonancia. [2] Esto es similar a otros métodos modernos de teoría del enlace de valencia .