Molekülorbitalen

Molekülorbitale (MOs) sind quantenmechanische Orbitale, in denen Elektronen eines Moleküls verteilt sind. Sie entstehen durch Überlagerung der Atomorbitale der beteiligten Atome, meist nach dem Linear-Combination-of-Atomic-Orbitals-Verfahren (LCAO). Die resultierenden MOs sind im Molekül delokalisiert und beschreiben die Elektronendichte über mehrere Kerne hinweg, im Unterschied zu einzelnen Atomorbitalen.

Durch die Symmetrie und Energie der überlagerten Atomorbitale ergeben sich bindende MOs (niedrigere Energie) und antibindende MOs (höhere Energie). Es können auch nichtbindende MOs auftreten. Die wichtigsten Typen von Bindungen sind sigma-Bindungen, die durch End-zu-End-Überlappung entlang der Internuklearachse entstehen, und pi-Bindungen, die durch seitliche Überlappung von p-Orbitalen entstehen. Antibindende Orbitale werden als σ* bzw. π* bezeichnet.

Elektronen füllen die MOs gemäß der Pauli- und Hundschen Regeln; dabei wird zuerst die energetisch niedrigste Orbitalreihe besetzt. Der Bindungsgrad eines Moleküls ergibt sich aus der Bindungs- minus Antibindungsbesetzung. Formell lautet die Bindungsordnung: BO = (N_bind - N_antibind)/2.

Das Molekülorbitalmodell erklärt fundamentale Eigenschaften wie Stabilität, Magnetismus und Reaktivität vieler Moleküle und dient als Grundlage quantenchemischer Berechnungen (z. B. Hartree-Fock, DFT). Es ist eine Näherung, die durch weitergehende Theorien ergänzt wird, insbesondere bei mehratomigen und komplexeren Systemen.