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El asombroso mundo de los orbitales moleculares: ¿Sabes cómo afectan a las reacciones químicas?
En el mundo de la química, los orbitales moleculares son como las armonías de la música, que demuestran plenamente las interacciones y relaciones entre los elementos. Entre ellos, el concepto de orbitales atómicos de combinación lineal (LCAO) es muy atractivo. Mediante la superposición cuántica de orbitales atómicos, nos proporciona una potente herramienta para analizar orbitales moleculares. Entonces, ¿cómo afecta esta función de onda a las reacciones químicas?
En la combinación lineal, los orbitales atómicos se combinarán para formar nuevos orbitales moleculares, un proceso que es crucial para comprender las reacciones químicas.
En mecánica cuántica, la configuración electrónica de un átomo se describe como una función de onda. Estas funciones de onda se expresan matemáticamente para formar un conjunto de funciones base que describen los electrones de un átomo particular. Especialmente durante las reacciones químicas, las funciones de onda de los orbitales electrónicos cambian dependiendo de los tipos de átomos involucrados en los enlaces covalentes, lo que a su vez afecta la forma de la estructura molecular.
El concepto de LCAO fue propuesto por primera vez por el científico británico John Leonard-Jones en 1929, quien utilizó este método para describir las moléculas diatómicas en el primer grupo principal de la tabla periódica. Linus Paul ya había aplicado una técnica similar a los cationes de hidrógeno molecular (H2+). El núcleo de este método es que n orbitales atómicos se combinarán para formar n orbitales moleculares, y no todos los orbitales son necesariamente iguales.
“Los orbitales moleculares pueden verse como una reorganización de b, que a su vez proviene de los orbitales atómicos calculados”.
Partiendo de este supuesto, podemos expresar el orbital molecular i-ésimo como un conjunto de expansiones lineales en la siguiente forma:
Con el desarrollo de la química computacional, el método LCAO ya no es sólo una descripción de optimización matemática, sino que se utiliza para el análisis cualitativo, lo que lo convierte en una herramienta extremadamente útil para predecir y racionalizar los resultados obtenidos por técnicas más modernas. En este proceso, las formas y energías de los orbitales moleculares a menudo se predicen basándose en las diferencias de energía de los orbitales atómicos, utilizando conceptos básicos como la repulsión del nivel de energía.
"La forma y la energía de un orbital molecular reflejan las posiciones relativas y las energías de los orbitales atómicos involucrados en el enlace".
Para presentar claramente este proceso, los científicos a menudo utilizan "diagramas de correlación" para ayudar a comprenderlo. La energía de los orbitales atómicos se puede calcular utilizando el teorema de Koopmans y la simetría de la molécula y los orbitales para establecer una integración nanobottom. El primer paso de este método es asignar un grupo de puntos a la molécula y luego aplicar operaciones en el grupo de puntos para analizar las características de la molécula.
Los diagramas de orbitales moleculares proporcionan un tratamiento LCAO cualitativo simple, además de teorías cuantitativas como el método de Hückel, el método de Hückel extendido y el método de Pariser-Parr-Pople, que se utilizan para un análisis más profundo.
En resumen, los orbitales moleculares no sólo son actores clave en las reacciones químicas, sino que también revelan los misterios de las interacciones entre átomos. Ya sea desde una perspectiva cuantitativa o cualitativa, la LCAO nos proporciona una ventana para observar los cambios químicos. Esto nos hizo pensar: cuando comprendamos más profundamente las propiedades de estas órbitas, ¿seremos capaces de predecir más reacciones químicas desconocidas en el futuro?
