نظریه همپوشانی اوربیتال های اتمی

در این نظریه فرض می شود پیوند کووالانسی از همپوشانی دو اوربیتال اتمی به وجود می آید. در صورتیکه الکترون های دو اوربیتال اتمی در ناحیه مشترک یا همپوشانی دو اوربیتال اتمی قرار گیرند، متعلق به هر دو اوربیتال محسوب می شوند و درنتیجه جاذبه هر دو هسته را احساس می کنند و پایدارتر می شوند. در این نظریه با افزایش ناحیه همپوشانی یا مقدار مشترک اوربیتال های اتمی، الکترون های به اشتراک گذاشته شده به مقدار بیشتری می توانند جاذبه هر دو هسته را احساس کنند و پایدارتر می شوند. بنابراین با افزایش همپوشانی پیوند قویتر می شود و انرژی پیوند افزایش می یابد. بعنوان مثال برای تشکیل مولکولهای هیدروژن و هیدروژن فلورید بر مبنای این نظریه داریم:

همانطورکه مشاهده می شود، بنابر نظریه همپوشانی اوربیتالهای اتمی، موقع تشکیل مولکول هیدروژن، همپوشانی اوربیتال های 1s اتمهای هیدروژن با هم و موقع تشکیل مولکول هیدروژن فلوئورید، همپوشانی اوربیتال 1s اتم هیدروژن با اوربیتال   2p اتم فلوئور را داریم.

همپوشانی میتواند به دو صورت همپوشانی سر به سر و همپوشانی جانبی صورت گیرد. در همپوشانی سر به سر ناحیه مشترک در فضای بین دو هسته و روی خط واصل دو هسته قرار دارد. در همپوشانی جانبی ناحیه مشترک در فضای بین دو هسته و در طرفین خط واصل دو هسته قرار دارد. نمایش برخی از انواع همپوشانی سر به سر و جانبی اوربیتالهای s و  p که منجر به تشکیل پیوند می شود، بصورت در ادامه آمده است:

همپوشانی سر به سر

همپوشانی جانبی

به پیوندهای حاصل از همپوشانی سر به سر، پیوند سیگما یا زیگما () و به پیوندهای حاصل از همپوشانی جانبی، پیوند پای () گفته میشود. همپوشانی سر به سر اوربیتال ها به راحتی انجام می شود و مقدار همپوشانی قابل توجه است. اما همپوشانی جانبی برای آنکه به خوبی همپوشانی سر به سر صورت گیرد، نیازمند نزدیک شدن زیاد دو اتم به هم است که دافعه هسته ها این اجازه را نمی دهد. به همین علت مقدار همپوشانی در حالت جانبی کمتر از حالت سر به سر است و به علت همپوشانی کمتر پیوندهای پای ضعیفتر از پیوندهای سیگما هستند. ازآنجاییکه پیوندهای سیگما محکمتر از پیوندهای پای هستند اولویت تشکیل با پیوندهای سیگماست، اما از آنجاییکه به خاطر نحوه قرارگیری و جهت گیری اوربیتالها در اغلب موارد بیش از یک پیوند سیگما بین دو اتم نمی تواند تشکیل شود، میتوان نتیجه گیری کرد که تمام پیوندهای یگانه سیگما هستند و در پیوندهای چندگانه یک پیوند سیگما و مابقی پای هستند. بعنوان مثال در مولکول فلوئور ()، بین دو اتم فلوئور یک پیوند یگانه داریم که یک پیوند سیگما محسوب می شود، در مولکول اکسیژن ()، بین دو اتم اکسیژن یک پیوند دوگانه داریم که یک پیوند سیگما بعلاوه یک پیوند پای محسوب می شود و در مولکول نیتروژن ()، بین دو اتم نیتروژن یک پیوند سه گانه داریم که یک پیوند سیگما بعلاوه دو پیوند پای محسوب می شود.

تشکیل مولکول O₂ را بر اساس نظریه همپوشانی اوربیتالهای اتمی به صورت زیر می توان نمایش داد:

با توجه به ضعیف بودن پیوندهای پای در مقابل پیوندهای سیگما، می توان انتظار داشت که انرژی پیوندی یک پیوند دوگانه از انرژی پیوندی یک پیوند یگانه برای اتمهای یکسان بیشتر باشد اما از دو برابر آن کمتر باشد. بطور مشابه می توان انتظار داشت که انرژی پیوندی یک پیوند سه گانه از انرژی پیوندی یک پیوند یگانه برای اتمهای یکسان بیشتر باشد اما از سه برابر آن کمتر باشد. بعنوان مثال داریم:

تمرین: مولکول زیر را در نظر بگیرید:

        الف) تعداد پیوند سیگما و پای را در این مولکول تعیین کنید.

        ب) کدام پیوند از بقیه کوتاهتر است؟ چرا؟

*****

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

**************************************************

سایت: www.youngchemist.com

مولف: محمد شاهی

نظرات، پیشنهادات و انتقادات: chemistry.shahi@gmail.com

**************************************************

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||