TEORÍA DEL ORBITAL MOLECULAR
MOLÉCULAS HETERONUCLEARES
Cuando se combinan orbitales atómicos de distinta energía, la participación en el orbital molecular de cada uno de ellos no es la misma. El orbital atómico de energía más parecida al OM será el que más participe.
La formación de un enlace covalente polar se explicaría porque los orbitales que se combinan no tienen la misma energía. Si el orbital del átomo B tienen menos energía que el del átomo A, la contribución del átomo B al OM enñazante sería mayor que la del átomo A.
MOLÉCULAS AH y AB
Fluoruro de hidrógeno HF
Las energías relativas de los orbitales de uno y otro átomo se ordenan cualitativamente en base a las electronegatividades de ambos: los orbitales de valencia del átomo más electronegativo deben quedar con menor energía que los del otro átomo. En este caso, el orbital 1s del hidrógeno, tiene más energía que los orbitales 2s y 2p del F, y por lo tanto queda más alto en el diagrama.
Los orbitales simétricos axialmente pueden mezclarse para producir nuevas combinaciones. En HF, se pueden dar dos superposiciones: la del orbital 1s del hidrógeno con el orbital 2s del fluor y la del orbital 1s del hidrógeno con el orbital 2pz del fluor. Ambas superposiciones serían frontales y podrían ser efectivas. No ocurre lo mismo entre el orbital 1s del H y los orbitales 2px y 2py del F, ya que en este caso pertenecen a grupos de simetría diferentes, sería una superposición lateral que no tendría efecto sobre el enlace. De esta dos posibilidades descartamos la interacción entre los orbitales 1s de H y 2s del F a causa de la gran diferencia de energía que hay entre ellos. Por tanto se formará un orbital molecular σ por combinación del orbital 2pz del F con el !s del H.
Hay cuatro orbitales que no sufren cambios de energía (ni de distribución espacial) con respecto al átomo original (F): el 1s, el 2s y los orbitales 2px y 2py. Por lo tanto, son orbitales no-enlazantes. Es decir, son orbitales moleculares (porque pertenecen a la molécula HF), pero siguen manteniendo las propiedades que tenían en el átomo de F aislado: tienen la misma energíaque antes, y siguen estando localizados sobre el F.
El orden de enlace es: (2-0)/2 = 1
Monóxido de carbono CO
Como el oxígeno es más electronegativo que el carbono, sus orbitales atómicos aparecen a menor energía.
En este caso hay que combinar 8 orbitales atómicos, cuatro (s, px, py, pz) de cada átomo. Se formarán, por tanto, 8 OM que tendrán que alojar los 10 electrones de valencia de los átomos enlazados.
De los 8 OM, cuatro de ellos serán de tipo σ que se forman por combinación lineal de los orbitales 2s y 2pz de los dos átomos. Otros cuatro serán de tipo π que se forman por combinación lineal de los orbitales 2px y 2py.
MOLÉCULAS AH2 y AB2
Hidruro de berilio
En estos casos habrá 6 orbitales moleculares consecuencia de la interacción de los 4 orbitales del átomo A (s, px, py, pz) y los 2 orbitales (s) que aportan los átomos de hidrógeno.
Los cuatro electrones disponibles ocuparán los dos orbitales moleculares enlazantes menos energéticos. El de menor energía σg se produce por la combinación en fase del orbital 2s del Be con los dos orbitales s del H. El siguiente σu se produce por la combinación en fase de cada lóbulo del orbital pz del Be con los orbitales s del hidrógeno. Estos dos orbitales moleculares son los que estarán ocupados por electrones. A continuación, vacios, se encuentran los dos orbitales px y py del Be, el OM antienlazante producido por la combinación No en fase del orbital pz del Be con los orbitales s del H y, por último, el OM antienlazante producido por la combinación No en fase del orbital 2s del Be con los dos orbitales s del H.
El orden de enlace es: (4-0)/2 = 2
Los orbitales enlazantes son:
σg[Be(2s) + HA(1s) + HB(1s)]
σu[Be(2pz) + HA(1s) –HB(1s)]
Dos orbitales no enlazantes vacíos:
πu[Be(2px), Be(2py)]
Agua
El orden de enlace es: 2
Los orbitales enlazantes son:
a1[O(2s, 2pz) + HA(1s) + HB(1s)]
b1[O(2px) + HA(1s) –HB(1s)]
Dos orbitales no enlazantes llenos:
b2n [O(2py)]
a1n [O(2s, 2pz)]
El diagrama de Walsh predice la geometría de este tipo de moléculas en función del número de electrones en la molécula:
Para una molécula con 4 electrones como el BeH2 la geometría esperada es lineal, sin embargo, para moléculas con mayor número de electrones (5 en BH2 ; 6 en CH2 ; 7 en NH2 y 8 en H2O) la geometría esperada es angular.
Molécula CO2
En este caso hay 12 orbitales moleculares, consecuencia de la participación de 12 orbitales atómicos, cuatro de cada átomo.
Como el CO2 tiene simetría D8h : 2s=σg, 2pz=σu y 2px,y=πu
(Nota: Con los grupos puntuales C∞v and D∞h los símbolos se toman prestados de la descripción del momento angular: Σ, Π, Δ.)
