Teoria de orbitales moleculares

TEORIA DE ORBITALES MOLECULARES
La teoría del enlace de valencia y de los orbitales híbridos nos permite pasar directamente de las estructuras de Lewis a una racionalización de las geometrías observadas de las moléculas en términos de orbitales atómicos. Por ejemplo, podemos utilizar esta teoría para entender por qué el metano tiene la fórmula CH4, cómo se usan los orbitales atómicos delcarbono y el hidrógeno para formar enlaces de pares de electrones, y por qué la disposición de los enlaces C-H alrededor del carbono central es tetraédrica. Sin embargo, este modelo no explica todos los aspectos de los enlaces.
Por ejemplo, no logra describir los estados excitados de las moléculas, lo cual debemos entender si queremos explicar cómo las moléculas absorben luz, lo que les da color.Algunos aspectos de los enlaces se explican mejor con otro modelo llamado teoría del orbital molecular.
De forma similar, la teoría del orbital molecular describe a los electrones de las moléculas empleando funciones de onda específicas llamadas orbitales moleculares.
Los químicos usan la abreviatura OM para referirse al orbital molecular.
Los orbitales moleculares tienen muchas de las mismascaracterísticas que los orbitales atómicos. Por ejemplo, un OM puede contener como máximo dos electrones (con espines opuestos), tiene una energía definida y su distribución de densidad electrónica se puede visualizar utilizando una representación de contorno. Por otro lado, los OM están asociados a la molécula entera, no a un solo átomo.


La molécula de hidrógeno
Para tener una idea del enfoqueadoptado en la teoría del OM, partiremos de la molécula más sencilla: la del hidrógeno, H2. Usaremos los dos orbitales atómicos 1s (uno en cada átomo de H) para “construir” orbitales moleculares para la molécula de H2.
Siempre que dos orbitales atómicos se traslapan, se forman dos orbitales moleculares. Así, el traslape de los orbitales 1s de dos átomos de hidrógeno para formar H2 produce dosOM.
El OM de más baja energía del H2 concentra la densidad electrónica entre los dos núcleos de hidrógeno y se denomina orbital molecular de enlace. Este OM con forma de salchicha es el resultado de sumar los dos orbitales atómicos de modo que las funciones de onda de dichos orbitales se refuercen mutuamente en la región del enlace.
Dado que un electrón en este OM siente una fuerte atracción porambos núcleos, es más estable (tiene menor energía) que cuando está en el orbital 1s de un átomo de hidrógeno aislado. Al concentrar la densidad electrónica entre los núcleos, el OM de enlace mantiene unidos los átomos en un enlace covalente.
El OM de más alta energía tiene muy poca densidad electrónica entre los núcleos y se denomina orbital molecular de antienlace. En lugar de reforzarsemutuamente en la región entre los núcleos, los orbitales atómicos se cancelan mutuamente en esta región, y la mayor densidad electrónica está en los lados opuestos de los núcleos. Así, este OM excluye a los electrones de la región precisa en la que se debe formar un enlace. Un electrón que está en este OM presenta, de hecho, una repulsión respecto a la región del enlace y, por tanto, es menos estable(tiene mayor energía) que cuando está en el orbital 1s de un átomo de hidrógeno.

La densidad electrónica en los orbitales moleculares tanto de enlace como de antienlace del H2 se centra en el eje internuclear, una línea imaginaria que pasa a través de los dos núcleos. Los OM de este tipo se denominan orbitales moleculares sigma (s).
El orbital molecular sigma de enlace del H2 se denota con s1s,y el subíndice indica que el OM se formó a partir de dos orbitales 1s. El orbital molecular sigma de antienlace del H2 se designa con s*1s el asterisco denota que el OM es de antienlace.
La interacción entre dos orbitales atómicos 1s y los orbitales moleculares resultantes se puede representar mediante un diagrama de niveles de energía (también llamado diagrama de orbitales moleculares). Tales...