1.11 : MO 이론과 공유결합

분자 궤도 이론은 원자 궤도의 전자 분포와 유사한 방식으로 분자 내 전자의 분포를 설명합니다. 분자 내의 원자가 전자가 발견될 가능성이 있는 공간 영역을 분자 궤도라고 합니다. 수학적으로 원자 궤도의 선형 결합(LCAO)은 분자 궤도를 생성합니다. 동위상 원자 궤도 파동 함수의 조합은 전자 밀도 확률이 높은 영역을 생성하는 반면, 역위상 파동은 전자 밀도가 없는 노드 또는 영역을 생성합니다.

인접한 원자에 있는 두 원자 s 궤도의 동위상 결합은 대부분의 전자 밀도가 핵 사이에 직접적으로 존재하는 더 낮은 에너지 σs 결합 분자 궤도를 생성합니다. 역위상 추가는 핵 사이에 노드가 있는 더 높은 에너지 σs* 결합 방지 분자 궤도를 생성합니다.

마찬가지로, p 오비탈의 파동 함수는 반대 위상을 갖는 두 개의 로브를 발생시킵니다. p 오비탈이 끝에서 끝까지 겹치면 σ 및 σ* 오비탈이 생성됩니다. 두 개의 p 오비탈이 나란히 겹쳐지면 π 결합 및 π* 결합 방지 분자 오비탈이 생성됩니다.

채워진 분자 궤도 다이어그램은 결합 및 결합 방지 분자 궤도의 전자 수를 보여줍니다. 전자는 결합 궤도를 차지하는 경우에만 결합 상호 작용에 기여합니다. 분자의 결합 강도에 대한 전자의 순 기여는 결합 순서에 따라 결정되며 다음과 같이 계산됩니다.

결합 순서는 공유 결합의 강도에 대한 지침입니다. 주어진 두 원자 사이의 결합은 결합 순서가 증가함에 따라 더 강해집니다. 분자 오비탈의 전자 분포로 인해 결합 차수가 0이 되면 안정적인 결합이 형성되지 않습니다.

분자 궤도 이론은 다원자 분자에도 유용합니다. sp² 혼성화된 탄소 원자를 갖는 평면 육각형 구조를 갖는 벤젠(C₆H₆)의 루이스 모델은 비편재화된 전자를 정확하게 나타낼 수 없습니다. 그러나 분자 궤도 이론은 이러한 전자를 전체 탄소 고리를 덮는 3개의 π 결합 분자 궤도에 할당합니다. 이로 인해 벤젠 고리에 추가 열역학적 및 화학적 안정성을 부여하는 결합 분자 궤도의 완전히 점유된(6개 전자) 세트가 생성됩니다.