Teori orbital molekul (MO) merupakan alternatif untuk memiliki visi ikatan. Menurut pendekatan ini, semua elektron valensi memiliki pengaruh pada stabilitas molekul. (Elektron dari tingkat yang lebih rendah juga dapat berkontribusi pada ikatan, tetapi untuk banyak molekul sederhana efeknya terlalu kecil.)
Selain itu, teori Orbital Molekul menganggap bahwa orbital atom, AOs, dari tingkat valensi, tidak ada lagi ketika molekul terbentuk, digantikan oleh satu set tingkat energi baru yang sesuai dengan distribusi baru awan elektronik ( kepadatan probabilitas). Tingkat energi baru ini merupakan sifat molekul secara keseluruhan dan oleh karena itu disebut orbital molekul .
Perhitungan sifat-sifat orbital molekul biasanya dilakukan dengan asumsi bahwa AOs bergabung membentuk MOs. Fungsi gelombang orbital atom digabungkan secara matematis untuk menghasilkan fungsi gelombang dari MO yang dihasilkan.
Proses yang tersisa dari pencampuran orbital atom murni untuk membentuk orbital hibrida, kecuali bahwa, dalam pembentukan orbital molekul, orbital atom lebih dari satu atom digabungkan atau dicampur. Namun, seperti dalam kasus hibridisasi, jumlah orbital baru yang terbentuk sama dengan jumlah orbital atom asli dalam kombinasi.
Dengan cara yang sama seperti dalam orbital atom, kita tertarik pada dua aspek molekuler:
1) bentuk distribusi spasial kepadatan probabilitas;
2) energi relatif mereka.
Diagram biasa x r untuk orbital 1s atom A (Gambar 1) harus, bagaimanapun, dimodifikasi untuk memperhitungkan variasi r antara -8 dan +8, menghasilkan diagram yang ditunjukkan pada Gambar:
Diagram xr untuk orbital 1s
Diagram xr untuk orbital 1s
Distribusi Spasial Orbital Molekul
Kita akan mulai dengan melihat MO yang terbentuk ketika dua atom identik terikat dalam molekul biatomik. Dengan menggunakan pendekatan sederhana, mari kita pertimbangkan bahwa AO dari satu atom bergabung dengan AO dari atom kedua untuk membentuk dua MO. Agar proses ini efektif, dua kondisi harus diperkenalkan:
1) AO harus memiliki energi yang sebanding;
2) Mereka harus tumpang tindih secara signifikan
Perhitungan mekanika kuantum untuk kombinasi AO asli terdiri dari:
1) Penambahan fungsi gelombang AO;
2) Substitusi fungsi gelombang AO.
Ketika dua atom berbeda, faktor dimasukkan yang memperhitungkan fakta bahwa kedua AO tidak berkontribusi sama pada pembentukan MO. Hasilnya, kemudian, adalah dua fungsi gelombang MO baru, satu untuk penambahan dan satu untuk pengurangan. Seperti biasa, kuadrat fungsi gelombang untuk sebuah elektron memberi kita informasi tentang kemungkinan menemukan elektron ini di berbagai wilayah ruang.
Ketika ini dilakukan untuk MO, informasi tentang kerapatan probabilitas untuk elektron yang menempati MO yang dihasilkan dan, dari informasi ini, permukaan batas yang sesuai (dan juga tingkat energi) dapat ditemukan. Metode ini dikenal sebagai kombinasi linier orbital atom, atau metode LCAO (Linear Combinations Atomic Orbitals), yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Gambar 2: Pembentukan orbital molekul pengikat dan anti-pengikatan dengan aksi dan pengurangan orbital atom
Gambar 3: Electron kepadatan plot orbital Φ 1 , dan Φ 2 (strip), Ψ B (atas padat baris ) dan Ψ A (menurunkan padat line) sepanjang sumbu internuclear dari H 2 +
Ketika dua fungsi 1s ditambahkan, mereka saling memperkuat di mana-mana dan terutama di wilayah antara dua inti. Redistribusi kerapatan elektron antara inti ini membantu menurunkan energi potensial coulombik (Gambar 3 – tebal garis atas). Akibatnya, orbital ini memiliki karakteristik yang mengikat dan disebut 1s . Ketika satu orbital atom dikurangi dari yang lain, mereka secara tepat saling meniadakan di bidang yang terletak di tengah-tengah antara inti, sehingga menghasilkan bidang nodal.
Fungsi gelombang molekul berlawanan tanda pada setiap sisi bidang nodal ini. Ketika fungsi gelombang dikuadratkan (Gambar 3 – garis padat bawah), kerapatan probabilitas yang dihasilkan jelas positif di semua tempat kecuali di bidang nodal, di mana itu adalah nol. Kekurangan kerapatan elektron di daerah internuklear membantu meningkatkan energi potensial coulombik sistem dan simpul dalam fungsi gelombang menghasilkan peningkatan energi kinetik elektron. Akibatnya energi total tinggi dan molekul tidak terikat dan orbital digambarkan sebagai anti-ikatan.
Gambar 4 menunjukkan permukaan batas dua orbital molekul yang dibentuk oleh kombinasi dua orbital atom 1s . Kita melihat di sebelah kiri superposisi dari AO 1 dan di sebelah kanan, menghasilkan MO. MO yang terbentuk dari pengurangan fungsi gelombang AO dilambangkan dengan s * (dibaca “sigma asterisk), sedangkan yang terbentuk dari penjumlahan dilambangkan dengan s. Kontras antara kedua MO ini sangat besar. Jelas ada peningkatan kerapatan elektron muatan antara inti orbital s, tetapi penurunan di daerah yang sama di orbital s * . Oleh karena itu orbital s disebut orbital ikatan dan orbital s * disebut orbital anti-ikatan .
Yang pertama cenderung menstabilkan tautan, sedangkan yang kedua cenderung mengacaukannya. Amos disebut orbital karena berpusat dan simetris di sekitar sumbu ikatan. Bagian dari setiap orbital yang dibuat tegak lurus terhadap sumbu ikatan menyajikan format melingkar
Gambar 4 – Kombinasi AO 1 untuk membentuk MO