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En química cuántica, los orbitales moleculares son rexones del espaciu que contienen la densidá electrónica definida por (funciones matemátiques) que describen el comportamientu ondulatoriu que pueden tener los electrones nes molécules. Estes funciones pueden usase pa calcular propiedaes químiques y físiques tales como la probabilidá d'atopar un electrón nuna rexón del espaciu. El términu orbital foi presentáu per primer vegada n'inglés por Robert S. Mulliken en 1932 como abreviatura de «función d'onda orbital d'un electrón» (one-electron orbital wave function[1]) a partir d'una traducción de la pallabra alemana utilizada en 1925 por Erwin Schrödinger, 'Eigenfunktion'. Dende entós considérase un sinónimu a la rexón del espaciu xenerada con dicha función. Los orbitales moleculares constrúyense davezu por combinación llinial d'orbitales atómicos centraos en cada átomu de la molécula. Utilizando los métodos de cálculu de la estructura electrónica, como por casu, el métodu de Hartree-Fock o'l de los campos autoconsistente (self-consistent field, SCF), pueden llograse de forma cuantitativa.
Los orbitales moleculares utilizar pa especificar la configuración electrónica de les molécules, que dexa describir l'estáu electrónicu del sistema molecular como un productu antisimetrizado de los espín-orbitales. Pa ello suelen representar los orbitales moleculares como una combinación llinial d'orbitales atómicos (tamién denomináu LCAO-MO). Una aplicación importante ye utilizar orbitales moleculares averaos como un modelu simple pa describir l'enllaz nes molécules.
La mayoría de los métodos de química cuántica empiecen col cálculu de los orbitales moleculares del sistema. L'orbital molecular describe'l comportamientu d'un electrón nel campu llétrico xeneráu polos nucleos y una distribución promediada del restu de los electrones. Nel casu de dos electrones qu'ocupen el mesmu orbital, el principiu d'esclusión de Pauli obliga a que tengan espines opuestos. Hai que destacar qu'esisten métodos más ellaboraos que nun utilicen l'aproximamientu introducíu al considerar la función d'onda como un productu d'orbitales, como son los métodos basaos nel usu de funciones d'onda de dos electrones (geminales).
Col fin de describir cualitativamente la estructura molecular pueden llograse los orbitales moleculares averándolos como una combinación llinial d'orbitales atómicos.
Delles regles sencielles que dexen llograr cualitativamente los orbitales moleculares son:
Como exemplu simple, ye ilustrativa la molécula de dihidrógeno H2, con dos átomos etiquetaos H' y H". Los orbitales atómicos más baxos n'enerxía, 1s' y 1s", nun se tresformen acordies cola simetría de la molécula. Sicasí, les siguientes combinaciones líneales sí lo faen:
1s' - 1s" | Combinación antisimétrica: negada por reflexón, inalterada poles otres operaciones |
1s' + 1s" | Combinación simétrica: inalterada por toles operaciones |
Polo xeneral, la combinación simétrica (llamada orbital enlazante) ta más baxa n'enerxía que los orbitales orixinales, y la combinación antisimétrica (llamada orbital antienlazante) ta más alta. Como la molécula de dihidrógeno H2 tien dos electrones, los dos pueden ser descritos pol orbital enlazante, de forma que'l sistema tien una enerxía más baxa (por tanto, ye más estable) que dos átomos d'hidróxenos llibres. Esto conozse como enllaz covalente.
L'aproximamientu d'orbitales moleculares como combinación llinial d'orbitales atómicos (OM-CLOA) foi introducida en 1929 por Sir John Lennard-Jones. La so publicación amosó cómo derivar la estructura electrónica de les molécules de diflúor y dioxígeno a partir de principios cuánticos. Esti acercamientu cuantitativu a la teoría d'orbitales moleculares representó la nacencia de la química cuántica moderna.
Al enllazar dos átomos, los orbitales atómicos fundir pa dar orbitales moleculares :
Los tipos d'orbitales moleculares son:
Los orbitales moleculares se "enllenen" d'electrones al igual que lu faen los orbitales atómicos:
Según estes regles van completándose los orbitales. Una molécula va ser estable si los sos electrones atopar de forma mayoritaria n'orbitales enlazantes y va ser inestable si atopar n'orbitales antienlazantes:
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