Quelle est la différence entre la théorie orbitale moléculaire et la théorie orbitale hybride? Comment les orbitales moléculaires résolvent-elles les problèmes des orbitales hybrides?


Réponse 1:

Pour éviter la complexité d'inclure autant de termes et d'équations de la mécanique quantique et des mathématiques, je vais simplement expliquer en termes simples.

L'hybridation signifie simplement le mélange d'orbitales, vous savez obtenir une orbitale s et 2 orbitales p les mélanger pour obtenir 3 orbitales hybrides sp2.

La théorie orbitale moléculaire, quant à elle, fait référence à la combinaison d'orbitales atomiques pour former ce que l'on appelle les orbitales moléculaires. Ce sont les orbitales que les électrons de la molécule occupent.

Les orbitales atomiques (A.O) se combinent de trois manières principales:

  • Chevauchement positif Chevauchement négatif Chevauchement nul

Un chevauchement positif est obtenu lorsque des lobes avec le même signe de fonction d'onde se chevauchent. Ce que je veux dire, c'est que si vous prenez deux orbites pz et que vous orientez de manière à ce que les lobes positifs ou négatifs des deux orbitales atomiques se chevauchent, l'amplitude du chevauchement sera positive.

Des chevauchements positifs entraînent des orbitales moléculaires appelées orbitales moléculaires de liaison, ces orbitales sont plus faibles en énergie que les orbitales atomiques à partir desquelles elles ont été formées, donc stables.

Un chevauchement négatif se produit lorsque deux fonctions d'onde différentes se chevauchent. Les orbitales moléculaires qui sont formées à partir de cette forme de chevauchement sont connues sous le nom d'orbitales moléculaires anti-adhérentes et ont une énergie plus élevée que les orbitales atomiques dont elles étaient formées et donc instables.

Un chevauchement nul se produit lorsque des chevauchements positifs et négatifs égaux se produisent suffisamment pour annuler. Cela se produit entre l'orbitale dxy et les orbitales s, cela se produit également entre le chevauchement px (également py) avec une orbitale s. Les orbitales moléculaires ainsi formées sont appelées orbitales moléculaires sans liaison et elles contribuent à la liaison dans la molécule.

Bien qu'il existe des similitudes entre l'hybridation et la théorie des orbitales moléculaires.

Le nombre d'orbitales atomiques qui se mélangent (hybridation) ou se chevauchent (théorie orbitale moléculaire) est égal au nombre d'orbitales hybrides (hybridation) ou d'orbitales moléculaires (théorie orbitale moléculaire).


Réponse 2:

Les orbitales hybrides typiques (HO) sont de quelques types spéciaux qui peuvent être imaginés comme pertinents dans différents cas spéciaux - avec le plus grand succès dans le cas de molécules organiques stables typiques. Par exemple, un atome C avec 4 liaisons simples est supposé impliquer 4 sp ^ 3 HO chacun attaché à l'atome C au centre d'un petit tétraèdre et pointant vers l'un des 4 coins de ce tétraèdre. Chacun de ces HO est imaginé pour se combiner avec une orbite d'un atome correspondant à attacher à l'atome C central. Cela donne une orbite de liaison, dans laquelle on place ensuite 2 électrons (un spin-up et un spin-down) de manière à donner une liaison covalente. Cela donne une description approximative de la structure électronique et de la géométrie autour de l'atome C - et des choses similaires peuvent être faites pour de nombreux autres atomes ou pour des atomes C avec différents nombres de liaisons multiples.

Les orbitales moléculaires (MO) sont généralement des sortes d'orbitales plus étendues réparties sur plusieurs atomes. Par exemple, dans l'exemple du paragraphe précédent, les MO ayant une densité à l'atome C central considéré sont très probablement des combinaisons linéaires des 4 orbitales de liaison ainsi formées - et les combinaisons linéaires s'étendent aux autres orbitales de liaison associées au voisin des atomes. Une fois que l'on a les MO, les plus basses énergies doivent généralement être occupées par des paires d'électrons (une rotation vers le haut et une rotation vers le bas). Exactement ce que les combinaisons linéaires des liaisons-orbitales résultantes réparties sur plusieurs atomes sont généralement considérées comme dépendant d'une sorte de calcul, ou parfois il existe des moyens de discuter de ce que sont les combinaisons d'une manière approximative.

L'approche MO donne un résultat plus précis si l'on obtient en quelque sorte les bons MO. L'approche HO donne une approximation plus grossière, mais est plus facile à comprendre et à imaginer à quoi ressemble la distribution des électrons, ainsi que les caractéristiques géométriques locales. Quand on prend une combinaison de deux HO de 2 centres, la combinaison est de poids presque égal si les deux atomes sont de la même (ou presque) électro-négativité. Si l'un des atomes est plus électro-positif, alors un poids plus élevé dans l'orbite de la liaison est attendu pour le HO sur ce centre - de manière à former une liaison covalente polaire. Les descriptions MO & HO seraient équivalentes si différentes orbitales de liaison au même atome ne se couplaient pas fortement. La validité du modèle HO dépend alors de l'approximation du faible couplage entre différentes orbitales obligataires.

Typiquement, les calculs de MO utilisant de gros programmes informatiques ne passent pas par le stade des HO ou des orbitales de liaison, mais traitent directement les différentes orbitales atomiques combinées ensemble pour former un MO. Pourtant, je pense que l'image utilisant les HO et les orbitales de liaison donne une idée approximative assez simple de ce qui se passe dans un grand nombre de circonstances - en particulier en ce qui concerne les molécules organiques (comme celles qui représentent> 90% de toutes les molécules stables bien caractérisées) . Une fois que l'on essaie de traiter les HO pour les métaux de transition, la situation devient un peu plus compliquée, et de nombreux chimistes renoncent à cette image HO dans de tels cas, quand plus souvent une image MO est utilisée. Mais l'image du MO peut également se complexifier, de sorte qu'un seul ensemble de MO occupés n'est plus une bonne image. Des calculs chimiques quantiques précis peuvent devenir plus nécessaires pour comprendre ce qui se passe.