orbital molecular antienlazante

En química teórica , un orbital antienlazante es un tipo de orbital molecular que debilita el enlace químico entre dos átomos y ayuda a elevar la energía de la molécula en relación con los átomos separados. Dicho orbital tiene uno o más nodos en la región de enlace entre los núcleos . La densidad de electrones en el orbital se concentra fuera de la región de enlace y actúa alejándose de un núcleo del otro, lo que tiende a causar repulsión mutua entre los dos átomos. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Esto contrasta con un orbital molecular enlazante , que tiene una energía menor que la de los átomos separados y es responsable de los enlaces químicos.

Los orbitales moleculares antienlazantes (OM) suelen tener mayor energía que los orbitales moleculares enlazantes. Los orbitales enlazantes y antienlazantes se forman cuando los átomos se combinan para formar moléculas. Si dos átomos de hidrógeno están inicialmente muy separados, tienen orbitales atómicos idénticos . Sin embargo, a medida que la distancia entre los dos átomos disminuye, las funciones de onda electrónicas comienzan a superponerse. El principio de exclusión de Pauli prohíbe que dos electrones (e-) cualesquiera en una molécula tengan el mismo conjunto de números cuánticos . ^{[ 3 ]} Por lo tanto, cada orbital atómico original de los átomos aislados (por ejemplo, el nivel de energía del estado fundamental, 1s ) se divide en dos orbitales moleculares pertenecientes al par, uno con menor energía que el nivel atómico original y otro con mayor energía. El orbital que se encuentra en un estado de energía menor que los orbitales de los átomos separados es el orbital enlazante, que es más estable y promueve la unión de los dos átomos de H para formar _H₂ . El orbital de mayor energía es el orbital antienlazante, que es menos estable y se opone al enlace si está ocupado. En una molécula como el H₂ _, los dos electrones normalmente ocupan el orbital enlazante de menor energía, por lo que la molécula es más estable que los átomos de hidrógeno por separado.

Un orbital molecular se vuelve antienlazante cuando hay menos densidad electrónica entre los dos núcleos que si no existiera ninguna interacción de enlace. ^{[ 4 ]} Cuando un orbital molecular cambia de signo (de positivo a negativo) en un plano nodal entre dos átomos, se dice que es antienlazante con respecto a esos átomos . Los orbitales antienlazantes suelen estar marcados con un asterisco (*) en los diagramas de orbitales moleculares.

En las moléculas diatómicas homonucleares , los orbitales antienlazantes σ* ( sigma estrella ) no tienen planos nodales que atraviesen los dos núcleos, como los enlaces sigma , y ​​los orbitales π* ( pi estrella ) tienen un plano nodal que atraviesa los dos núcleos, como los enlaces pi . El principio de exclusión de Pauli establece que dos electrones en un sistema interactuante no pueden tener el mismo estado cuántico. Si los orbitales enlazantes están llenos, cualquier electrón adicional ocupará orbitales antienlazantes. Esto ocurre en la molécula _de He₂ , en la que tanto los orbitales 1sσ como 1sσ* están llenos. Dado que el orbital antienlazante es más antienlazante que el orbital enlazante , la molécula tiene una energía mayor que la de dos átomos de helio separados y, por lo tanto, es inestable.

En moléculas con varios átomos, algunos orbitales pueden estar deslocalizados sobre más de dos átomos. Un orbital molecular particular puede ser enlazante con respecto a algunos pares de átomos adyacentes y antienlazante con respecto a otros pares . Si las interacciones enlazantes superan en número a las antienlazantes, se dice que el orbital molecular es enlazante ; mientras que, si las interacciones antienlazantes superan en número a las enlazantes, se dice que el orbital molecular es antienlazante .

Por ejemplo, el butadieno tiene orbitales pi deslocalizados sobre los cuatro átomos de carbono. Hay dos orbitales pi enlazantes que están ocupados en el estado fundamental : π ₁ es enlazante entre todos los carbonos, mientras que π ₂ es enlazante entre C ₁ y C ₂ y entre C ₃ y C ₄ , y antienlazante entre C ₂ y C _3. También hay orbitales pi antienlazantes con dos y tres interacciones antienlazantes como se muestra en el diagrama; estos están vacantes en el estado fundamental , pero pueden estar ocupados en estados excitados .

De manera similar, el benceno, con seis átomos de carbono, posee tres orbitales pi enlazantes y tres orbitales pi antienlazantes. Dado que cada átomo de carbono aporta un electrón al sistema π del benceno, existen seis electrones pi que llenan los tres orbitales moleculares pi de menor energía (los orbitales pi enlazantes).

Los orbitales antienlazantes también son importantes para explicar las reacciones químicas en términos de la teoría de orbitales moleculares. Roald Hoffmann y Kenichi Fukui compartieron el Premio Nobel de Química de 1981 por su trabajo y el desarrollo posterior de explicaciones cualitativas de orbitales moleculares para reacciones químicas. ^{[ 5 ]}

• orbital molecular de enlace
• Bandas de valencia y de conducción
• Teoría del enlace de valencia
• Teoría de los orbitales moleculares
• Sistema conjugado

• Orchin, M. Jaffe, HH (1967) La importancia de los orbitales antienlazantes . Houghton Mifflin. ISBN B0006BPT5O