En química teórica , el orbital enlazante se utiliza en la teoría de los orbitales moleculares (MO) para describir las interacciones atractivas entre los orbitales atómicos de dos o más átomos de una molécula . En la teoría MO, se representa que los electrones se mueven en ondas . [1] Cuando más de una de estas ondas se acercan, la combinación en fase de estas ondas produce una interacción que conduce a una especie que se estabiliza en gran medida. El resultado de la interferencia constructiva de las ondas hace que la densidad de los electrones se encuentre dentro de la región de unión, creando un vínculo estable entre las dos especies. [2]
En el ejemplo clásico del H 2 MO, los dos átomos de H separados tienen orbitales atómicos idénticos. Al crear la molécula de dihidrógeno, los orbitales de valencia individuales, 1 s , pueden: fusionarse en fase para obtener orbitales de enlace, donde la densidad de electrones se encuentra entre los núcleos de los átomos; o fusionarse fuera de fase para obtener orbitales antienlazantes, donde la densidad electrónica está en todas partes alrededor del átomo excepto en el espacio entre los núcleos de los dos átomos. [3] Los orbitales enlazantes conducen a una especie más estable que cuando los dos hidrógenos son monoatómicos. Los orbitales antienlazantes son menos estables porque, con muy poca o ninguna densidad de electrones en el medio, los dos núcleos (que tienen la misma carga) se repelen entre sí. Por lo tanto, se necesitaría más energía para mantener unidos los dos átomos a través del orbital antienlazante. Cada electrón en la capa de valencia del hidrógeno se une para llenar el orbital de enlace estabilizador. Por lo tanto, el hidrógeno prefiere existir como una molécula diatómica y no monoatómica. [4]
Cuando se mira el helio, el átomo contiene dos electrones en cada capa de valencia . Cuando los dos orbitales atómicos se juntan, primero llenan el orbital enlazante con dos electrones, pero a diferencia del hidrógeno, le quedan dos electrones, que luego deben ir al orbital antienlazante. La inestabilidad del orbital antienlazante anula el efecto estabilizador proporcionado por el orbital enlazante; por lo tanto, el orden de enlace del dihelio es 0. Por eso el helio preferiría ser monoatómico que diatómico. [5]
Los enlaces Pi se crean mediante interacciones "laterales" de los orbitales. [3] Una vez más, en los orbitales moleculares, el enlace de los electrones pi (π) se produce cuando la interacción de los dos orbitales atómicos π está en fase. En este caso, la densidad electrónica de los orbitales π debe ser simétrica a lo largo del plano del espejo para crear la interacción de enlace. La asimetría a lo largo del plano del espejo conducirá a un nodo en ese plano y se describe en el orbital antienlazante, π*. [3]
Un ejemplo de MO de un sistema π conjugado simple es el butadieno. Para crear el MO del butadieno , los orbitales π y π* resultantes del sistema descrito anteriormente interactuarán entre sí. Esta mezcla dará como resultado la creación de 4 orbitales de grupo (que también se pueden usar para describir el π MO de cualquier dieno): [3] π 1 no contiene nodos verticales , π 2 contiene uno y ambos se consideran orbitales enlazantes; π 3 contiene 2 nodos verticales, π 4 contiene 3 y ambos se consideran orbitales antienlazantes. [3]
La forma esférica 3D de los orbitales s no tiene direccionalidad en el espacio y los orbitales p x , p y y p z están todos a 90 o entre sí. Por tanto, con el fin de obtener orbitales correspondientes a enlaces químicos para describir reacciones químicas, Edmiston y Ruedenberg fueron pioneros en el desarrollo de procedimientos de localización. [6] [7] Por ejemplo, en CH 4 , los cuatro electrones de los orbitales 1 s de los átomos de hidrógeno y los electrones de valencia del átomo de carbono (2 en s y 2 en p ) ocupan los orbitales moleculares de enlace, σ y π. [6] Los OM deslocalizados del átomo de carbono en la molécula de metano pueden luego localizarse para dar cuatro orbitales híbridos sp 3 .
Los orbitales moleculares y, más concretamente, el orbital enlazante es una teoría que se enseña en todas las áreas de la química, desde la orgánica hasta la física e incluso la analítica, porque tiene una amplia aplicación. Los químicos orgánicos utilizan la teoría de los orbitales moleculares en su razonamiento para las reacciones; [8] [9] los químicos analíticos lo utilizan en diferentes métodos de espectroscopia; [10] [11] los fisicoquímicos lo utilizan en los cálculos; [8] [12] incluso se ve en la química de materiales a través de la teoría de bandas , una extensión de la teoría de los orbitales moleculares. [13]