אורביטלים מולקולריים מיכל ברונשטיין-טוחן

מצגת בנושא: "אורביטלים מולקולריים מיכל ברונשטיין-טוחן"— תמליל מצגת:

1 אורביטלים מולקולריים מיכל ברונשטיין-טוחן
בהנחיית ד"ר אורית הרשקוביץ ופרופ. יהודית דורי (המצגת היא בהשראת מצגות של רותי שטנגר וירדן קדמי) פיתוח עריכה והתאמה של חומרי למידה לתכנית הלימודים 30/70 , תת-פרויקט 2.7 , המרכז הארצי למורי הכימיה

2 מהי תיאוריית האורביטלים המולקולריים?
זהו מודל שבא לתאר את ההיערכות האלקטרונית במולקולה. מודל זה הוא מקורב ומאפשר לנבא תכונות רבות של המולקולה לפי מודל זה, אורביטלים של אטומים שונים מתחברים ליצירת אורביטלים מולקולריים המשויכים למולקולה כולה. על פי מודל זה, האלקטרונים במולקולה נמצאים באורביטלים מולקולריים. בניגוד לאורביטל אטומי הממוקם סביב הגרעין של אטום מסוים, אורביטל מולקולרי ממוקם סביב שני גרעינים של אטומים (או יותר) במולקולה. לכל מולקולה מערך אורביטלים מולקולריים משלה כמו שלכל אטום בודד מערך אורביטלים אטומיים משלו. בעת היווצרות המולקולה, יוצרים האורביטלים האטומיים של האטומים המתקרבים זה לזה, מערך של אורביטלים חדשים- אורביטלים מולקולריים כתוצאה מחיבור חיסור של האורביטלים האטומיים.

3 מהם אורביטלים מולקולריים?
אורביטלים מולקולריים נוצרים משילוב של האורביטלים האטומיים היוצרים אותם האורביטלים המולקולריים יכולים להיות תוצר של חיבור האורביטלים האטומיים או תוצר של חיסורם. כלומר, משני אורביטלים אטומיים נקבל שני אורביטלים מולקולריים – אחד מהחיבור והשני מהחיסור האורביטל המולקולרי שנוצר מחיבור הינו אורביטל קושר והאורביטל שנוצר מחיסור הינו אורביטל אנטי-קושר אורביטל מולקולרי קושר זהו אורביטל בו צפיפות המטען באזור שבין הגרעינים גדלה כלומר ההסתברות למצוא אלקטרונים בין 2 הגרעינים גבוהה. (תוצאה של "חיבור גלים"). אורביטל אנטי-קושר זהו אורביטל בו צפיפות המטען באיזור בין הגרעינים נמוכה. כלומר ההסתברות למצוא אלקטרונים בין הגרעינים אפסית. (תוצאה של "חיסור גלים"). אורביטלים אנטי קושרים מסומנים בכוכבית* . באורביטל לא קושר קיים מישור צומת אורביטל קושר בעל אנרגיה נמוכה מאורביטל לא קושר.

4 יצירת אורביטלים מולקולריים
כפי שציינו קודם, אורביטלים מולקולריים נוצרים באינטראקציות בין אורביטלים אטומיים כאשר האינטראקציות יכולות להיות בונות או הורסות. האינטראקציות מתאפשרות רק בתנאים הבאים: חפיפה מרחבית התאמה באנרגיה של האורביטלים האטומיים סימטריה דומה קיימים שני סוגי אורביטלים מולקולריים : אורביטל σ ואורביטל  אורביטל σ - אורביטל סימטרי ביחס לקו המחבר את שני הגרעינים. נוצר מחפיפה של שני אורביטלים אטומיים במישור הקשר (לאורך הקו המחבר בין 2 הגרעינים). אורביטל  - אורביטל שנוצר מחפיפה בין 2 אורביטלים אטומיים בניצב למישור הקשר .

5 מדוע נוצר קשר? תמונה נלקחה ממצגת של רותי שטנגר רואים שעבור O2, F2, Ne2 לאורביטל המולקולרי σ2p יש אנרגיה נמוכה מאשר לאורביטלי 2p . ואילו עבור B2, C2, N2 לאורביטלי 2p  יש אנרגיה נמוכה משל אורביטל σ2p סדר הקשר הוא מדד מספרי המאפשר לצפות מראש את יציבותן היחסית של מולקולות דו אטומיות. כדי לדעת האם מולקולה תהיה יציבה יש להשוות את אכלוס האלקטרונים באורביטלים המולקולריים לעומת אכלוסם באטומים לפני יצירת המולקולה. לשם כך, ניתן לחשב גודל שנקרא סדר הקשר:

6 אורביטלי החזית (Frontier Orbitals)
↿ ↿⇂ אטום מימן אנרגיה מולקולת 1s σ1s σ*1s אורביטל ה- LUMO ה- HOMO האורביטל הגבוה ביותר באנרגיה שמאוכלס באלקטרונים נקרא HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital). האורביטל שמעליו, שהוא האורביטל הנמוך ביותר באנרגיה שאינו מאוכלס באלקטרונים, נקרא LUMO ( Lowest Unpccupied Molecular Orbital). שני אורביטלים אלו, הנקראים גם אורביטלי החזית (frontier orbitals), חשובים להבנת מנגנוני תגובות בכימיה וצבעיהם של חומרים מולקולריים.