orbitale molecolare

orbitale molecolare

In chimica teorica, funzione matematica (detta funzione d’onda) che descrive, attraverso il valore del suo modulo quadro, la probabilità di trovare punto per punto nello spazio un certo elettrone appartenente a una molecola. Il significato fisico di un orbitale molecolare è quindi analogo a quello di un orbitale atomico, con la differenza che esso si riferisce a un elettrone facente parte di una molecola anziché di un atomo. Gli orbitali molecolari sono quindi funzioni d’onda monoelettroniche che dipendono dalle tre coordinate spaziali dell’elettrone a cui si riferiscono. Nell’ambito della meccanica quantistica non relativistica, per descrivere compiutamente le proprietà elettroniche viene introdotta una quarta coordinata, quella di spin. La funzione d’onda completa di ciascun elettrone, comprendente anche la funzione di spin, viene indicata come spinorbitale. Se si eccettua il caso semplice dello ione molecolare H₂⁺, contenente un solo elettrone, non è possibile ricavare le funzioni che descrivono gli orbitali molecolari mediante la risoluzione esatta della equazione di Schrödinger. Analogamente a quanto viene fatto per gli atomi polielettronici, la funzione d’onda complessiva di una molecola viene espressa mediante un prodotto antisimmetrizzato (tale cioè da rispettare il principio di antisimmetria) di funzioni d’onda monoelettroniche. Queste funzioni sono appunto gli orbitali molecolari. Il problema si riduce quindi a quello di trovare le funzioni corrispondenti agli orbitali molecolari e le relative energie. Nell’approccio di gran lunga più diffuso, ciò viene realizzato esprimendo ciascuna funzione d’onda orbitalica molecolare come la combinazione lineare di funzioni d’onda più semplici, generalmente indicate come orbitali atomici (metodo LCAO, Linear combination of atomic orbitals). In realtà, le funzioni utilizzate a questo scopo (dette funzioni di base) non sono in genere orbitali atomici in senso proprio, ma piuttosto funzioni matematiche (spesso di forma gaussiana) scelte in modo da descrivere in maniera efficace il comportamento degli elettroni nella molecola e da facilitare le complesse operazioni computazionali coinvolte. I coefficienti delle combinazioni lineari possono essere ottenuti applicando il principio variazionale, cioè determinando i valori che rendono minima l’energia elettronica totale della molecola.

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