- Diagramme d'orbitales moléculaires
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Un diagramme d'orbitales moléculaires représente, en fonction de leur énergie, les orbitales moléculaires formées par combinaison linéaire des orbitales atomiques.
Sommaire
Conventions
Noms des orbitales moléculaires
Les orbitales moléculaires (OM) plus basses en énergie que les orbitales atomiques (OA) à partir desquelles elles sont formées sont appelées orbitales liantes[1]. À l'inverse, les OM plus hautes en énergie que leurs OA constituantes sont appelées orbitales antiliantes. Enfin, les OM ayant la même énergie que leurs OA constituantes sont appelées orbitales non-liantes.
Représentation
L'axe énergétique est vertical, orienté vers le haut. Les orbitales peuvent être représentées à côté de leur niveau énergétique.
Construction de diagramme
Cas du dihydrogène
Diagramme d'orbitales moléculaires de H2
Chaque atome d'hydrogène apporte un électron, et on considère uniquement l'orbitale 1s (c'est-à-dire à symétrie sphérique) de chacun de ces atomes.
Lorsqu'on approche les deux atomes d'hydrogène, les deux orbitales se mêlent. En effet, elles sont de même symétrie et d'énergie identique. Ces deux orbitales atomiques vont donc former deux orbitales moléculaires de types sigma, l'une symétrique et stabilisée par rapport aux orbitales atomiques (1σg) et l'autre anti-symétrique et déstabilisée[2] (1σu).
Les deux électrons sont ensuite placés sur le diagramme selon le principe d'exclusion de Pauli et la règle de Hund.
Cas du dioxygène
On ne considère que les électrons et orbitales de valence, soit 6 électrons, une orbitale 2s et 3 orbitales 2p par atome d'oxygène.
Les orbitales 2p possèdent un axe de révolution qui les identifie. Il est conventionnel de définir l'axe z comme celui passant par les centres des deux atomes.
En raison de leurs symétries, les orbitales atomiques (OA) 2s n'interagissent pas avec les OA 2px et 2py. L'écart énergétique important entre les OA 2s et les OA 2pz permet également de négliger la corrélation entre ces OA. Les orbitales atomiques 2s du dioxygène se combinent donc de la même manière que les OA 1s du dihydrogène, formant des orbitales 2σ.
Les orbitales 2pz étant invariantes par rotation autour de l'axe z vont former des orbitales moléculaires (OM) de type σ. Leur recouvrement étant très important, l'OM 3σg sera fortement liante et l'OM 3σu sera fortement antiliante.Les orbitales 2px (respectivement 2py) vont interagir pour former deux OM de type π, l'une liante et l'autre antiliante, notés 2πx et 2πx* (respectivement 2πy de même énergie que 2πx et 2πy* de même énergie que 2πx*).
Les électrons sont ensuite placés sur les orbitales en respectant le principe d'exclusion de Pauli et la règle de Hund.
Notes et références
- (en)Définition d'une orbital moléculaire liante par l'IUPAC
- Dans le cas d'une interaction à deux OA, la déstabilisation est toujours plus importante que la stabilisation
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