Abordarea cuantica a legaturii chimice

Abordarea cuantica a legaturii chimice

Abordarea cuantica a problemei legaturii chimice se face utilizand metoda LCAO = Linear Combination of Atomic Orbitals, ce considera functia de unda a electronilor implicati in legatura

electroni imposibil de deosebit intre ei, ca fiind o combinatie liniara a functiilor de unda caracteristice electronilor din fiecare atom

 respectiv si :

CA si CB sunt coeficienti, de la a caror stabilire incep sa apara diferente intre diferitele metode de aproximare. Au aparut Metoda Legaturii de Valenta - MLV elaborata de Linus Pauling şi John Slater şi Metoda Orbitalilor Moleculari - MOM elaborată de Friedrich Hund şi Robert Mullikan.

Metoda legaturii de valenta

Premisele MLV

legatura covalenta se realizeaza prin cuplarea electronilor cu spin opus din orbitalii atomici de energie ridicata incomplet ocupati. 

Functia de unda corespunzatoare electronilor implicati in legatura 

este o combinatie liniara a functiilor de unda corespunzatoare unor structuri limita:

Structurile limita reprezinta toate cazurile ipotetice in care se pot afla electronii implicati in legatura.

Structuri limita - exemplu

In cazul structurii I ambii electroni sunt localizati la primul atom de H, in structura tip II electronii se gasesc la atomii din care provin, structura III corespunde cazului schimbului de electroni, iar in structura IV ambii electroni sunt localizati la al doilea atom de H.

Exista 4ⁿ structuri limita, unde n este numarul de covalente din molecula.

Premisele MLV

Legatura covalenta se realizeaza prin suprapunerea orbitalilor atomici, marimea interpatrunderii lor determinand taria legaturii.
Legatura formata cand orbitalul molecular are simetrie de rotatie fata de axa care uneste cele 2 nuclee se numeste legatura σ

Astfel, datorita gradului crescut de suprapunere a orbitalilor, legatura formata din 2 orbitali p, notata p-p, este de 1,73 ori mai puternica decat cea tip s-s; legatura de tip d-d este de 2,236 ori mai puternica decat cea s-s.

Legatura formata cand orbitalul molecular are simetrie fata de planul care trece printre cele 2 nuclee se numeste legatura .

Orbitalii tip p pot participa la realizarea de legaturi si ;celorlalti orbitali le este specifica doar legatura .

Metoda MLV

MLV aplicată reţelei metalice presupune formarea unor legături covalente delocalizate. Astfel, electronii din stratul exterior al unui atom metalic din reţea se pot afla, pe rând, în orbitalii rezultaţi prin interpătrunderea orbitalilor tuturor vecinilor de reţea. Cu cât gradul de ocupare al acestor orbitali creşte, cu atât tăria legăturii metalice şi deci si proprietăţile mecanice şi temperatura de topire cresc.
Acest lucru se întâmplă odată cu creşterea numărului de electroni din straturile exterioare.

MLV si teoria legaturii chimice

Natura legaturii este fizica, fiind rezultatul tendintei fiecarui atom de a ajunge intr-o stare caracterizata de o energie cat mai mica. Valoarea energiei sistemului, rezultata din calcule in ipoteza MLV este prezentata in figura

Nivelul 0 a energiei sistemului corespunde sumei energiilor corespunzatoare celor 2 atomi implicati in legatura, aflati in stare libera. La apropierea lor energia sistemului scade pana la o valoare minima, Eleg la distanta ro.

Energia eliberata la formarea unei legaturi din atomi adusi de la o distanta la care nu interactioneaza se numeste energie de legatura Eleg. 

MLV si teoria legaturii chimice

Orientarea in spatiu a legaturilor este data de unghiurile facute intre ei de orbitalii puri p, d sau f. Astfel, pentru molecula H2S:


Unghiul teoretic dintre legaturi este de 90grade, iar cel gasit experimental este de 92grade.