1.11 : Teoría MO y enlace covalente

La teoría de los orbitales moleculares describe la distribución de los electrones en las moléculas de manera similar a la distribución de los electrones en los orbitales atómicos. La región del espacio en la que es probable que se encuentre un electrón de valencia en una molécula se llama orbital molecular. Matemáticamente, la combinación lineal de orbitales atómicos (LCAO) genera orbitales moleculares. Las combinaciones de funciones de onda orbitales atómicas en fase dan como resultado regiones con una alta probabilidad de densidad electrónica, mientras que las ondas fuera de fase producen nodos o regiones sin densidad electrónica.

La combinación en fase de dos orbitales atómicos s en átomos adyacentes produce un orbital molecular de enlace σs de menor energía en el que la mayor parte de la densidad electrónica está directamente entre los núcleos. La adición fuera de fase produce un orbital molecular antienlazante σs* de mayor energía, en el que hay un nodo entre los núcleos.

De manera similar, la función de onda de los orbitales p da lugar a dos lóbulos con fases opuestas. Cuando los orbitales p se superponen de un extremo a otro, crean orbitales σ y σ*. La superposición de dos orbitales p genera orbitales moleculares de enlace π y antienlazantes π*.

El diagrama de orbitales moleculares lleno muestra el número de electrones en los orbitales moleculares enlazantes y antienlazantes. Un electrón contribuye a una interacción de enlace sólo si ocupa un orbital de enlace. La contribución neta de los electrones a la fuerza del enlace de una molécula se determina a partir del orden de enlace, que se calcula de la siguiente manera:

El orden de los enlaces es una guía para determinar la fuerza de un enlace covalente; un enlace entre dos átomos dados se vuelve más fuerte a medida que aumenta el orden del enlace. Si la distribución de electrones en los orbitales moleculares produce un enlace de orden cero, no se forma un enlace estable.

La teoría de los orbitales moleculares también es útil para moléculas poliatómicas. El modelo de Lewis del benceno (C₆H₆), que tiene una estructura hexagonal plana con átomos de carbono con hibridación sp², no puede representar con precisión sus electrones deslocalizados. Sin embargo, la teoría de los orbitales moleculares asigna esos electrones a tres orbitales moleculares de enlace π que cubren todo el anillo de carbono. Esto da como resultado un conjunto de orbitales moleculares de enlace completamente ocupados (6 electrones) que dotan al anillo de benceno de estabilidad termodinámica y química adicional.