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Diagramas de orbitales moleculares

UniversidadQuímicaOcupación esquemática de los OM de valencia de moléculas homonucleares, con poblaciones según Hund e isosuperficies LCAO hidrogenoides con signo

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Acerca de este experimento

Rellena las casillas de los orbitales enlazantes y antienlazantes, predice el orden de enlace y el número de electrones desapareados, e inspecciona en tres dimensiones la interferencia de fase de las combinaciones de orbitales atómicos.

Objetivos de aprendizaje

  • Aplica la ocupación de Pauli y la regla de Hund en orbitales degenerados.
  • Calcula el orden de enlace del modelo a partir del número de electrones enlazantes y antienlazantes.
  • Relaciona los electrones desapareados con una predicción paramagnética sencilla.

Cómo usarlo

  1. 1Carga oxígeno y verifica que tiene dos electrones desapareados en sus orbitales π antienlazantes degenerados.
  2. 2Compara los órdenes de enlace del nitrógeno y el oxígeno, así como las superficies orbitales seleccionadas.
  3. 3Elimina los electrones, colócalos manualmente y compara tus ocupaciones con la configuración del estado fundamental.
  4. 4Examina una combinación enlazante y otra antienlazante e identifica un nodo internuclear, si lo hay.

El modelo

El orden de enlace es la diferencia entre la ocupación de los orbitales enlazantes y antienlazantes, dividida entre dos.
La fase relativa de los orbitales atómicos determina si la interferencia es constructiva o destructiva.
Los signos opuestos de la función de onda son información de fase, no cargas eléctricas opuestas.

Supuestos

  • Las filas de energía son esquemáticas. Para B2, C2 y N2, los niveles π enlazantes están por debajo de σ-2p; para O2, F2 y Ne2, el orden se invierte.
  • Los diagramas del segundo período omiten los orbitales enlazante y antienlazante 1s del núcleo, que están ocupados y cuyas contribuciones al orden de enlace se cancelan. El hidrógeno y el helio solo utilizan combinaciones 1s.
  • Las isosuperficies utilizan combinaciones no normalizadas de orbitales hidrogenoides 1s, 2s o 2p con una escala de longitud efectiva común. No son orbitales moleculares autoconsistentes ni energías medidas.
  • Se permiten ocupaciones excitadas manuales, y un orden de enlace positivo por sí solo no demuestra la estabilidad real de una molécula. La clasificación magnética sigue la regla elemental de los electrones desapareados.

Pruébalo en clase

  1. Q1¿Por qué el oxígeno tiene electrones desapareados aunque su número total de electrones sea par?
  2. Q2¿Por qué añadir un electrón a un orbital antienlazante reduce el orden de enlace en media unidad?

Preguntas frecuentes

¿Por qué pueden encontrarse los dos colores en un nodo?

Representan signos opuestos de la amplitud orbital. Un nodo es un cero de la función de onda combinada; al elevarla al cuadrado, la contribución de ese orbital es cero.

¿Por qué cambia el orden de las filas de orbitales para los elementos del período inferior?

El diagrama incluye el efecto cualitativo habitual de la mezcla s-p en las moléculas diatómicas más ligeras del segundo período. No calcula las energías orbitales a partir de primeros principios.