Přírodní vazba orbitální - Natural bond orbital

v kvantová chemie, a přírodní vazba orbitální nebo NBO je vypočítaný spojovací orbitální s maximem elektronová hustota. NBO jsou jednou ze sekvencí přirozeně lokalizovaných orbitálních sad, které zahrnují „přirozené atomové orbitaly“ (NAO), „přirozené hybridní orbitaly“ (NHO), „přirozené vazebné orbitaly“ (NBO) a „přírodní (polo-) lokalizované molekulární orbitaly "(NLMO). Tyto přirozené lokalizované sady jsou mezi základními atomovými orbitaly (AO) a molekulárními orbitaly (MO):

Atomová oběžná dráha → NAO → NHO → NBO → NLMO → Molekulární orbitální

Přirozené (lokalizované) orbitaly se používají v výpočetní chemie vypočítat distribuci hustoty elektronů v atomech a ve vazbách mezi atomy. Mají „charakter maximální obsazenosti“ v lokalizovaných 1-středových a 2-středových oblastech molekuly. Přírodní vazebné orbitaly (NBO) zahrnují nejvyšší možné procento hustoty elektronů, ideálně blízké 2 000, což poskytuje nejpřesnější možnou „přirozenou Lewisovu strukturu“ ψ. Vysoké procento hustoty elektronů (označeno% -ρL), u běžných organických molekul často zjištěno, že je> 99%, odpovídá přesné přirozené Lewisově struktuře.

Koncept přírodní orbitaly byl poprvé představen Per-Olov Löwdin v roce 1955 popsat jedinečnou sadu ortonormální 1-elektronové funkce, které jsou vlastní N- funkce elektronových vln.[1]

Teorie

Každá vazba NBO σAB (dárce) lze psát ve smyslu dvou směrovaných valenčních hybridů (NHO) hA, hB na atomech A a B, s odpovídajícími polarizačními koeficienty CA, CB:

σAB = CA hΑ + CB hB

Vazby se plynule mění od kovalentních (CA = CB) na iontový (CA >> CB) limit.

Každá valenční vazba NBO σ musí být spárována s odpovídající valencí antibonding NBO σ * (akceptor) k dokončení rozpětí valenčního prostoru:

σAB* = CA hΑ − CB hB

Vazební NBO jsou typu „Lewisův orbitál“ (počet okupací blízko 2); antibonding NBO jsou typu „non-Lewis orbital“ (počet okupací blízko 0). V idealizované Lewisova struktura, úplný Lewisovy orbitaly (dva elektrony) jsou doplněny formálně prázdnými ne-Lewisovými orbitaly. Slabá obsazenost valenčních antibondů signalizuje neredukovatelné odchylky od idealizované lokalizované Lewisovy struktury, což znamená skutečné „delokalizační účinky“.[1]

Lewisovy struktury

rezonanční struktura z amide

S počítačovým programem, který dokáže vypočítat NBO, lze nalézt optimální Lewisovy struktury. Optimální Lewisovu strukturu lze definovat jako strukturu s maximálním množstvím elektronového náboje v Lewisových orbitálech (Lewisův náboj). Nízké množství elektronového náboje na Lewisových orbitálech naznačuje silné účinky delokalizace elektronů.

v rezonanční struktury mohou existovat hlavní a vedlejší přispívající struktury. Například pro amidy výpočty NBO ukazují, že struktura s karbonylovou skupinou dvojná vazba je dominantní Lewisova struktura. Ve výpočtech NBO však „kovalentní iontová rezonance“ není nutná kvůli zahrnutí efektů polarity vazby do rezonančních struktur.[2] To je podobné jako u jiných teorie moderní valenční vazby metody.

Viz také

Reference

  1. ^ A b Weinhold, Frank; Landis, Clark R. (2001). „Natural Bond Orbitals a rozšíření lokalizovaných pojmů bondingu“ (PDF). Výzkum a praxe v oblasti výuky chemie. 2 (2): 91–104. doi:10.1039 / B1RP90011K.
  2. ^ Weinhold, Frank; Landis, Clark R. (2012). Objevování chemie pomocí orbitálů s přírodními vazbami. New Jersey: John Wiley & Sons. str. 132–133. ISBN  978-1-118-22916-3.

externí odkazy