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O incrível mundo dos orbitais moleculares: você sabe como eles afetam as reações químicas?
No mundo da química, os orbitais moleculares são como harmonias na música, demonstrando completamente as interações e relações entre os elementos. Entre eles, orbitais atômicos de combinação linear (LCAO) é um conceito muito atraente. Por meio da superposição quântica de orbitais atômicos, ele nos fornece uma ferramenta poderosa para analisar orbitais moleculares. Então, como essa função de onda afeta as reações químicas?
Na combinação linear, os orbitais atômicos se combinam para formar novos orbitais moleculares, um processo crucial para entender as reações químicas.
Na mecânica quântica, a configuração eletrônica de um átomo é descrita como uma função de onda. Essas funções de onda são expressas matematicamente para formar um conjunto de funções básicas que descrevem os elétrons de um átomo específico. Especialmente durante reações químicas, as funções de onda dos orbitais dos elétrons mudam dependendo dos tipos de átomos envolvidos nas ligações covalentes, o que por sua vez afeta o formato da estrutura molecular.
O conceito de LCAO foi proposto pela primeira vez pelo cientista britânico John Leonard-Jones em 1929, que usou esse método para descrever moléculas diatômicas no primeiro grupo principal da tabela periódica. Linus Paul já havia aplicado uma técnica semelhante aos cátions de hidrogênio molecular (H2+). O cerne desse método é que n orbitais atômicos se combinam para formar n orbitais moleculares, e nem todos os orbitais são necessariamente iguais.
“Os orbitais moleculares podem ser vistos como uma reorganização de b, que por sua vez vem dos orbitais atômicos calculados.”
Com base nessa suposição, podemos expressar o i-ésimo orbital molecular como um conjunto de expansões lineares na seguinte forma:
Com o desenvolvimento da química computacional, o método LCAO deixou de ser apenas uma descrição de otimização matemática, passando a ser utilizado para análises qualitativas, o que o torna uma ferramenta extremamente útil para prever e racionalizar os resultados obtidos por técnicas mais modernas. resultado. Nesse processo, as formas e energias dos orbitais moleculares são frequentemente previstas com base nas diferenças de energia dos orbitais atômicos, usando conceitos básicos como repulsão de nível de energia.
"A forma e a energia de um orbital molecular refletem as posições e energias relativas dos orbitais atômicos envolvidos na ligação."
Para apresentar esse processo de forma clara, os cientistas costumam usar "diagramas de correlação" para ajudar na compreensão. A energia dos orbitais atômicos pode ser calculada usando o teorema de Koopmans e a simetria da molécula e dos orbitais para estabelecer uma integração nanobottom. O primeiro passo deste método é atribuir um grupo de pontos à molécula e, então, aplicar operações no grupo de pontos para analisar as características da molécula.
Os diagramas de orbitais moleculares fornecem um tratamento LCAO qualitativo simples, além de teorias quantitativas, como o método de Hückel, o método de Hückel estendido e o método de Pariser-Parr-Pople, que são usados para análises mais aprofundadas.
Em suma, os orbitais moleculares não são apenas atores-chave nas reações químicas, mas também revelam os mistérios das interações entre átomos. Seja de uma perspectiva quantitativa ou qualitativa, o LCAO nos fornece uma janela para observar mudanças químicas. Isso nos fez pensar: quando obtivermos uma compreensão mais profunda das propriedades dessas órbitas, seremos capazes de prever mais reações químicas desconhecidas no futuro?
