molecuulorbitalentheorie

Molecuulorbitalentheorie (MO-theorie) is een benadering uit de quantumchemie die de elektronische structuur van moleculen beschrijft door elektronen toe te wijzen aan molecuulorbitalen die zich over het hele molecuul uitstrekken. Deze orbitalen ontstaan uit de lineaire combinatie van atoomorbitalen (LCAO).

Bonding en antibonding MOs ontstaan door overlap van atoomorbitalen; orbitalen worden onderverdeeld in σ (sigma) en π (pi) typen. MO-diagrammen geven de energetische volgorde en de bezetting van elektronenparen weer, en tonen hoe bindingen ontstaan of verminderen bij verschillende moleculen.

Elektronen vullen volgens Aufbau, Pauli en Hund. De bindingssterkte wordt vaak uitgedrukt in bondorder: (Nbonding − Nabonding)/2. De termen HOMO (hoogst bezette MO) en LUMO (laagste ongebezette MO) zijn sleutels tot reactiviteit en absorptie van licht.

Historisch gezien ontstond MO-theorie in de jaren 1930–1950 met bijdragen van Mulliken, Hund en anderen als alternatief voor de valentiebandentheorie. Het legt de nadruk op molecuulorbitalen in plaats van uitsluitend op interacties tussen valentie-elektronen.

Voorbeelden illustreren de kracht van de theorie. H2 heeft een sterke bonding σ-MO; O2 heeft twee ongepaarde elektronen in π* antibonding MOs en is paramagnetisch; N2 bezit een drievoudige binding met een volledig bezette elektronconfiguratie.

Toepassingen en beperkingen: MO-theorie ondersteunt het verklaren van binding, magnetisme en spectroscopische eigenschappen en vormt de basis van veel computationele chemie. In de praktijk worden MO’s berekend met methoden zoals Hartree-Fock en DFT; dynamische correlatie en grote systemen vereisen echter meer geavanceerde benaderingen.