Az LCAO-MO módszert elmagyarázná nekem valaki kémiából?

Ismerni kell a kötő és lazító molekula orbitálok energiaszintjeit:

[link]

Ebben a Pennsylvania-i Egyetem által szerkesztett remek ismertetőben (minket most az ábrák és a jelölések érdekelnek) a kötő és lazító orbitálok energiaszintjei és szimmetriái is láthatók.

A következő megállapításokat kell tenni:

1. Az elektron feltöltődést az atomi orbitáloknál már megtanult elvek szabályozzák, amik a molekula orbitálokra is érvényesek: energiaminimum; Pauli; Hund.

2. A kötő orbitálok energiaszintje mindig alacsonyabb, mint a lazító orbitáloké, ezért előbbiek töltődnek föl először.

3. A Li-tól a N-ig a π2py és π2pz orbitálok energiaszintje alacsonyabb, mint a σ2px orbitálé, azonban az O-től ez megfordul: a σ2px orbitál energiaszintje alacsonyabb, mint π2py és π2pz orbitáloké. Ennek kvantummechanikai oka van.

Nézzük lépésről lépésre az O2 molekulát:

Az O atom elektron szerkezete alapállapotban:

O: 1s2 2s2 2p4

Az O2 molekulában ezért 2 ∙ 8 = 16 elektront kell elhelyeznünk a fönti 1-3. elvek szerint:

- Kettő 1s atomi orbitál 4 elektronja kettő molekula orbitálon lesz a Pauli elvnek megfelelően, egy kötő orbitálon és egy lazítón (a lazítót *-gal jelöljük):

O2: (σ1s)2 (σ*1s)2 ...

- Kettő 2s atomi orbitál 4 elektronja kettő molekula orbitálon lesz:

O2: (σ1s)2 (σ*1s)2 (σ2s)2 (σ*2s)2 ...

- Kétszer három 2p atomi orbitál 2 ∙ 4 = 8 elektronja öt molekula orbitálon lesz, mert először a σ2px orbitál töltődik föl teljesen az energiaminimum és a Pauli elvet követve 2 elektronnal,

O2: (σ1s)2 (σ*1s)2 (σ2s)2 (σ*2s)2 (σ2px)2 ...

azután az azonos energiaszinten lévő π2py és π2pz orbitálok 2 és 2 elektronnal,

O2: (σ1s)2 (σ*1s)2 (σ2s)2 (σ*2s)2 (σ2px)2 (π2py)2 (π2pz)2 ...

és a megmaradó 2 elektron a Hund elv alapján párosítatlanul épül be az azonos energiaszinten lévő π*2py és π*2pz lazító orbitálokra:

O2: (σ1s)2 (σ*1s)2 (σ2s)2 (σ*2s)2 (σ2px)2 (π2py)2 (π2pz)2 (π*2py)1 (π*2pz)1

És valóban, a dioxigén alapállapotában 2 párosítatlan elektronnal rendelkezik, ezért paramágneses, amit kísérleti adatok igazolnak.

Megjegyzés: az s és a két atomot összekötő (tengelyirányú) px atomi orbitálokból σ kötés (kötő és lazító) épül, az egymásra merőleges és a tengelyre is merőleges py és pz atomi orbitálokból pedig π kötés (kötő és lazító).