المدار الجزيئي الرابط
في الكيمياء النظرية ، يُستخدم المدار الرابط في نظرية المدارات الجزيئية لوصف التفاعلات الجاذبة بين المدارات الذرية لذرتين أو أكثر في الجزيء . في هذه النظرية، تُصوَّر الإلكترونات على أنها تتحرك في موجات . [ 1 ] عندما تقترب أكثر من موجة من هذه الموجات، ينتج عن تراكبها المتوافق في الطور تفاعل يؤدي إلى تكوين نوع كيميائي مستقر للغاية. ينتج عن التداخل البنّاء لهذه الموجات تركز كثافة الإلكترونات داخل منطقة الربط، مما يُنشئ رابطة مستقرة بين النوعين الكيميائيين. [ 2 ]
الجزيئات ثنائية الذرة
في المثال الكلاسيكي لجزيء الهيدروجين (H₂ ) ، تمتلك ذرتا الهيدروجين المنفصلتان مدارات ذرية متطابقة. عند تكوين جزيء الهيدروجين، تندمج مدارات التكافؤ الفردية (1s ) إما في طور واحد لتكوين مدارات رابطة، حيث تتركز كثافة الإلكترونات بين نواتي الذرتين؛ أو تندمج في طورين مختلفين لتكوين مدارات مضادة للترابط، حيث تتوزع كثافة الإلكترونات حول الذرة باستثناء الفراغ بين نواتي الذرتين. [ 3 ] تؤدي المدارات الرابطة إلى جزيء أكثر استقرارًا من حالة كون ذرتي الهيدروجين أحاديتي الذرة. أما المدارات المضادة للترابط فهي أقل استقرارًا، لأنه مع كثافة إلكترونية ضئيلة جدًا أو معدومة في المنتصف، تتنافر النواتان (اللتان تحملان نفس الشحنة). لذلك، يتطلب الأمر طاقة أكبر لربط الذرتين معًا عبر المدار المضاد للترابط. تتحد جميع الإلكترونات في غلاف التكافؤ (1s ) للهيدروجين لملء المدار الرابط المُثبِّت. لذا، يفضل الهيدروجين أن يوجد كجزيء ثنائي الذرة، وليس كجزيء أحادي الذرة. [ 4 ]
عند النظر إلى ذرة الهيليوم، نجد أنها تحتوي على إلكترونين في كل غلاف تكافؤ 1s . عندما يلتقي المداران الذريان، يملآن أولًا مدار الترابط بإلكترونين، ولكن على عكس الهيدروجين، يتبقى في الهيليوم إلكترونان، يجب أن ينتقلا إلى مدار مضاد الترابط. يؤدي عدم استقرار مدار مضاد الترابط إلى إلغاء تأثير الاستقرار الذي يوفره مدار الترابط؛ لذلك، فإن رتبة الرابطة في ثنائي الهيليوم تساوي صفرًا. لهذا السبب يفضل الهيليوم أن يكون أحادي الذرة على أن يكون ثنائي الذرة. [ 5 ]
الجزيئات متعددة الذرات
المدارات الجزيئية الرابطة لروابط باي
تتكون روابط باي (π) من خلال التفاعلات الجانبية بين المدارات. [ 3 ] وكما هو الحال في المدارات الجزيئية، يحدث الترابط الإلكتروني بين إلكترونات باي (π) عندما يكون تفاعل مداري باي الذريين متوافقًا في الطور. في هذه الحالة، يجب أن تكون كثافة الإلكترونات في مدارات باي متناظرة على طول مستوى المرآة لتكوين الرابطة. يؤدي عدم التناظر على طول مستوى المرآة إلى ظهور عقدة في ذلك المستوى، ويتم وصفها في المدار المضاد للترابط، π*. [ 3 ]
يُعد البيوتاديين مثالًا على المدارات الجزيئية لنظام π مترافق بسيط . ولإنشاء المدار الجزيئي للبيوتاديين ، تتفاعل مدارات π و π* الناتجة عن النظام الموصوف سابقًا مع بعضها البعض. ينتج عن هذا التفاعل تكوين 4 مدارات جماعية (والتي يمكن استخدامها أيضًا لوصف المدار الجزيئي π لأي ثنائي إين): [ 3 ] π1 لا يحتوي على عقد رأسية ، وπ2 يحتوي على عقدة رأسية واحدة، وكلاهما يُعتبر مدارًا رابطًا؛ وπ3 يحتوي على عقدتين رأسيتين، وπ4 يحتوي على ثلاث عقد رأسية، وكلاهما يُعتبر مدارًا مضادًا للترابط. [ 3 ]
المدارات الجزيئية الموضعية
لا يمتلك الشكل الكروي ثلاثي الأبعاد لمدارات s اتجاهًا في الفضاء، وتكون مدارات p <sub>x</sub> و p<sub> y</sub> و p<sub> z</sub> متعامدة بزاوية 90 درجة مع بعضها البعض. لذلك، وللحصول على مدارات تُطابق الروابط الكيميائية لوصف التفاعلات الكيميائية، كان إدميستون ورودنبرغ رائدين في تطوير إجراءات التموضع. [ 6 ] [ 7 ] على سبيل المثال، في جزيء الميثان (CH <sub>4</sub> )، تشغل الإلكترونات الأربعة من مدارات 1s لذرات الهيدروجين وإلكترونات التكافؤ لذرة الكربون (اثنان في s واثنان في p ) مدارات الترابط الجزيئية، σ و π. [ 6 ] يمكن بعد ذلك تموضع المدارات الجزيئية غير المتمركزة لذرة الكربون في جزيء الميثان لتكوين أربعة مدارات مهجنة sp<sup> 3 </sup> .
التطبيقات
تُعدّ المدارات الجزيئية، وتحديدًا مدارات الترابط، نظريةً تُدرَّس في مختلف فروع الكيمياء، من العضوية إلى الفيزيائية وحتى التحليلية، نظرًا لتطبيقاتها الواسعة. يستخدم الكيميائيون العضويون نظرية المدارات الجزيئية في تفسيرهم المنطقي للتفاعلات؛ [ 8 ] [ 9 ] ويستخدمها الكيميائيون التحليليون في مختلف طرق التحليل الطيفي؛ [ 10 ] [ 11 ] ويستخدمها الكيميائيون الفيزيائيون في الحسابات؛ [ 8 ] [ 12 ] بل وتُلاحظ أيضًا في كيمياء المواد من خلال نظرية النطاقات ، وهي امتداد لنظرية المدارات الجزيئية. [ 13 ]
مراجع
- ↑ موليكن، روبرت س. (1932). "البنى الإلكترونية للجزيئات متعددة الذرات والتكافؤ. الجزء الثاني: اعتبارات عامة". مجلة Physical Review . 41 (1): 49-71 . Bibcode : 1932PhRv...41...49M . doi : 10.1103/physrev.41.49 .
- ↑ سانيغراهي، أ.ب.؛ كار، تاباس (1988-08-01). "نظرية المدارات الجزيئية لرتبة الرابطة والتكافؤ". مجلة التعليم الكيميائي . 65 (8): 674. Bibcode : 1988JChEd..65..674S . doi : 10.1021/ed065p674 . ISSN 0021-9584 .
- 1 2 3 4 5 أنسلين، إريك ف. (2006). الكيمياء العضوية الفيزيائية الحديثة . دوغيرتي، دينيس أ.، 1952-. سوساليتو، كاليفورنيا: جامعة ساينس. ISBN 978-1-891389-31-3. OCLC 55600610 .
- ↑ لينارد-جونز، جيه إي (1929-01-01). "البنية الإلكترونية لبعض الجزيئات ثنائية الذرة". معاملات جمعية فاراداي . 25 : 668. Bibcode : 1929FaTr...25..668L . doi : 10.1039/tf9292500668 . ISSN 0014-7672 .
- ↑ هاوسكروفت، كاثرين إي. (2012). الكيمياء غير العضوية . شارب، إيه جي ( الطبعة الرابعة). هارلو، إنجلترا: بيرسون. ISBN 978-0-273-74275-3. OCLC 775664094 .
- 1 2 كوهين، إيروين؛ ديل بيني ، جانيت (1969/08/01). “المدارات الهجينة في النظرية المدارية الجزيئية”. مجلة التعليم الكيميائي . 46 (8): 487. بيب كود : 1969JChEd..46..487C . دوى : 10.1021/ed046p487 . ISSN 0021-9584 .
- ↑ إدميستون، كلايد (1963). "المدارات الذرية والجزيئية الموضعية". مراجعات الفيزياء الحديثة . 35 (3): 457-464 . Bibcode : 1963RvMP...35..457E . doi : 10.1103/revmodphys.35.457 .
- 1 2 داننبرغ، جيه جيه (12 مايو 1999). "استخدام نظرية الاضطراب ونظرية المدارات الجزيئية الحدية للتنبؤ بالانتقائية الفراغية". مراجعات كيميائية . 99 (5): 1225-1242 . doi : 10.1021/cr980382f . ISSN 0009-2665 . PMID 11749445 .
- ↑ لي، يونغجون؛ جيا، تشيو؛ شياو، شنغ تشيانغ؛ ليو، هوي بياو؛ لي، يوليانغ (16-05-2016). " طريقة للتحكم في تركيب جزيئات مترافقة ثنائية الأبعاد ملتوية مستقرة" . نيتشر كوميونيكيشنز . 7 11637. Bibcode : 2016NatCo...711637L . doi : 10.1038/ncomms11637 . PMC 4873669. PMID 27181692 .
- ↑ سميث، ويندل ف. (1963). "تطبيق نظرية المدارات الجزيئية على أطياف الامتصاص الإلكتروني لقواعد شيف". تيتراهيدرون . 19 (3): 445-454 . doi : 10.1016/s0040-4020(01)99192-6 .
- ↑ موليكن، روبرت س. (1967-07-07). "علم الأطياف، المدارات الجزيئية، والروابط الكيميائية". مجلة ساينس . 157 (3784): 13-24 . Bibcode : 1967Sci...157...13M . doi : 10.1126/science.157.3784.13 . ISSN 0036-8075 . PMID 5338306 .
- ↑ جيمارك، بنيامين م. (1974). "تطبيقات نظرية المدارات الجزيئية النوعية". مجلة أبحاث الكيمياء . 7 (11): 384-392 . doi : 10.1021/ar50083a004 .
- ↑ بريداس، جيه إل؛ كالبرت، جيه بي؛ دا سيلفا فيلهو، دي إيه؛ كورنيل، جيه. (30 أبريل 2002). "أشباه الموصلات العضوية: توصيف نظري للمعايير الأساسية التي تحكم نقل الشحنة" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 99 (9 ) : 5804-5809 . Bibcode : 2002PNAS...99.5804B . doi : 10.1073/pnas.092143399 . PMC 122857. PMID 11972059 .
- الروابط الكيميائية