분자 오비탈 (MO) 이론. MOT ★

분자 오비탈 (Molecular Orbital, MO) 이론

 

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▶ 참고: 제9장 분자의 기하학적 구조와 결합 이론. 목차

[ https://ywpop.tistory.com/15257 ]

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▶ 원자 내 전자의 위치를 확률적으로 나타낸 파동 함수

⇨ 원자 오비탈 (AO, Atomic Orbital), 이듯이...

( 참고: 원자 오비탈 https://ywpop.tistory.com/7108 )

 

 

▶ 분자 내 전자의 위치를 확률적으로 나타낸 파동 함수

⇨ 분자 오비탈 (MO)

 

 

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▶ 결합에 참여하는 AO(의 원자가전자)가 상호작용하여 새로운 MO가 만들어진다.

즉, MO는 AO의 상호작용(combination) 결과물.

AO + AO → MO

 

 

▶ Linear combination of atomic orbitals (LCAO)

원자 오비탈의 선형 결합 또는 원자 오비탈의 선형 조합

 

 

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▶ “오비탈(orbital) = 파동 함수(wave function)의 해”

이므로, 파동의 특성을 이해할 필요가 있다.

 

 

▶ 파동(wave)의 간섭(interference)

 

(a) 보강 간섭: 마루와 마루의 위상이 일치 ⇨ 진폭 증가

 

 

 

 

(b) 상쇄 간섭: 마루와 골의 위상이 일치 ⇨ 진폭 = 0

 

 

 

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반응형

 

▶ 파동 함수인 원자 오비탈, 즉 AO를 조합하여 MO를 만들 때도

2가지 방식(보강 or 상쇄)이 가능. 그 결과,

1개 AO + 1개 AO ⇨ 2개 MO 생성

 

(a) AO가 보강 조합되면,

⇨ 생성된 MO의 에너지 준위는 AO 보다 낮아진다. 이것을

⇨ 결합성 분자 오비탈 (bonding molecular orbital)

 

(b) AO가 상쇄 조합되면,

⇨ 생성된 MO의 에너지 준위는 AO 보다 높아진다. 이것을

⇨ 반결합성 분자 오비탈 (antibonding molecular orbital)

 

 

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▶ VBT에서, “생성된 혼성 오비탈의 수 = 혼성에 참여한 AO의 수” 와 유사하게,

생성된 MO의 수 = 결합(조합)에 참여한 AO의 수

 

 

예) 수소 분자, H2의 MO

두 수소 원자의 1s 오비탈을 합치면(combination), 2개의 MO가 생성된다.

⇨ 결합성 MO(σ) 1개 + 반결합성 MO(σ*) 1개

 

 

 

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▶ MO의 에너지 준위

① 결합성 MO의 에너지 준위는 AO 보다 낮다 ⇨ AO 보다 안정

② 반결합성 MO의 에너지 준위는 AO 보다 높다 ⇨ AO 보다 불안정

③ 결합성 MO의 에너지 준위가 낮아진 만큼(안정해진 만큼),

반결합성 MO의 에너지 준위는 높아진다(불안정해진다).

 

 

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▶ 결합에 참여한 두 핵 사이의 전자밀도

① 결합성 MO: 최대. 파동의 보강 간섭(a)

② 반결합성 MO: 0(영). 파동의 상쇄 간섭(b)

 

 

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▶ MO에 전자를 채우는 규칙

기본적으로 AO와 같다.

( 참고: 원자오비탈에 전자를 채우는 방법 https://ywpop.tistory.com/2840 )

 

에너지가 낮은 MO부터 전자를 채운다.

up-spin(↑) 먼저, down-spin(↓) 그 다음.

 

 

① 생성된 MO의 수 = 결합에 참여한 AO의 수, 이듯이...

MO에 있는 전자 수 = AO에 있는 전자 수

 

② 결합성 MO에 있는 전자 수가

반결합성 MO에 있는 전자 수보다 많을수록, 안정한 분자.

 

 

 

 

[ MO Diagrams of B2, C2, N2 https://ywpop.tistory.com/5305 ]

 

[ MO Diagrams of O2, F2, Ne2 https://ywpop.tistory.com/3047 ]

Ne2의 MO를 보면,

“결합성 MO에 있는 전자 수 = 반결합성 MO에 있는 전자 수” 이므로,

즉 결합 차수 = 0 이므로, Ne2 이원자분자는 자연계에 존재하지 않는다.

( 참고: 결합 차수 https://ywpop.tistory.com/6879 )

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/11631 ] 일산화질소(NO)의 MO

 

 

 

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