Molekulaorbitaaleja

Molekulaorbitaaleja (MO) ovat elektronien todennäköisyysjakaumia, jotka kattavat koko molekyylin. Ne muodostuvat, kun atomien atomiorbitaalit yhdistyvät lineaarisesti (LCAO) ja elektronit asettuvat näihin yhdistelmiin. MOt ovat usein delokalisoituneita, mikä tarkoittaa, että elektroni voi olla levinnyt useamman atomin alueelle koko molekyylissä.

MOeitä voidaan tarkastella sitovana (bonding) ja antibondingina (antibonding). Sitovat MOt vahvistavat sidosta, kun taas antibonding MOt heikentävät sitä. Tämän lisäksi MOt voidaan luokitella sigma (σ) - MOiksi, joiden tiheys sijaitsee suoraan molekyylin akselin suhteen, sekä pi (π) - MOiksi, joiden tiheys on suunnattu akselin ympärille. Diatomisissa molekyyleissä sidos syntyy näiden MOiden täyttymisestä; esimerkiksi H2:ssa on yksi sitova σ-MO, kun taas O2:ssa on sekä sitovia että antibonding MOja, mikä vaikuttaa molekyylin magnetismiin.

Elektronit täyttävät MOt Aufbau-, Pauli- ja Hundin säännöillä. Näin voidaan määrittää molekyylin sidosenergia ja reaktiivisuus. Sidosvoima voidaan kuvata sidoskestävyyden indikaattorilla, kuten sidosorderilla BO = (n_sitova - n_antibonding)/2. Esimerkiksi H2:n BO on 1, O2:n noin 2 ja N2:n noin 3. MO-teoria selittää myös väriä, elektronisiirtoja ja reaktiivisuutta monimutkaisemmissa molekyyleissä sekä yhdistää kemian sähköisiin ja spektrillisiin ilmiöihin.

MO-todellisuus on keskeinen osa kvant-kemian ja materiaalitieteiden näkökulmia: se kuvaa elektronien jakautumista molekyylin sisällä ja auttaa ymmärtämään kemiallisia reaktioita, valonabsorptioa sekä katalyyttisiä ominaisuuksia.