La teoria dell’orbitale molecolare: una panoramica
La teoria dell’orbitale molecolare costituisce un modello interpretativo che si basa sull’idea che gli elettroni di legame presenti in una molecola si estendano su tutta la struttura molecolare anziché essere confinati tra due atomi. Questo concetto, sviluppato da Friedrich Hund e Robert Mulliken, offre una spiegazione più semplice rispetto alla teoria del legame di valenza e permette di comprendere le proprietà magnetiche delle molecole, come nel caso dell’Ossigeno O2, che risulta essere paramagnetico.
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I cinque punti chiave della teoria dell’orbitale molecolare
L’approccio della teoria dell’orbitale molecolare segue una metodologia affine a quella utilizzata per la descrizione degli atomi. I principi fondamentali della teoria possono essere sintetizzati nei seguenti punti:
– Ogni elettrone in una molecola è descritto da una specifica funzione d’onda orbitale molecolare, che rappresenta l’orbita dell’elettrone all’interno della molecola, in contrapposizione agli orbitali atomici.
– Ogni funzione d’onda è definita da numeri quantici che ne determinano forma ed energia.
– Ogni funzione d’onda possiede un’energia specifica, che indica l’energia richiesta per ionizzare la molecola.
– Gli elettroni presentano uno spin individuale (+1/2 o -1/2) che deve essere considerato insieme alla funzione d’onda.
– Gli orbitali molecolari vengono definiti combinando orbitali atomici e seguendo il principio di aufbau, rispettando il Principio di esclusione di Pauli.
Sul piano degli orbitali
Gli orbitali molecolari possono essere di legame o di antilegame, a seconda se gli elettroni presentano un’energia inferiore o superiore rispetto agli orbitali atomici. Il numero totale degli orbitali molecolari corrisponde al numero di orbitali atomici combinati.
Per esempio, considerando la molecola di idrogeno composta da due atomi di idrogeno, ognuno con un elettrone nell’orbitale atomico 1s, si ottengono due orbitali molecolari, indicati rispettivamente come σ1s e σ*1s.
– L’orbitale σ1s, orbital di legame, ha minore energia e può contenere al massimo due elettroni.
– L’orbitale σ*1s, orbital di antilegame, ha maggiore energia e può ospitare altrettanti elettroni.
La teoria dell’orbitale molecolare fornisce un quadro interpretativo fondamentale per comprendere le proprietà chimiche delle molecole tramite lo studio degli orbitali molecolari e delle interazioni elettroniche tra gli atomi che le compongono.
