ההבדל העיקרי בין תיאוריית המסלול המולקולרי לתיאוריית קשר הערכיות הוא שתיאוריית המסלול המולקולרי מתארת את היווצרות המסלול המולקולרי, בעוד שתיאוריית קשר הערכיות מתארת אורביטלים אטומיים.
למולקולות שונות יש תכונות כימיות ופיזיקליות שונות מאשר לאטומים בודדים שהצטרפו ליצירת מולקולות אלו. כדי להבין את ההבדלים הללו בין תכונות אטומיות למולקולריות, יש צורך להבין את היווצרות הקשר הכימי בין מספר אטומים ליצירת מולקולה. כיום, אנו משתמשים בשתי תיאוריות מכניות קוונטיות כדי לתאר את הקשר הקוולנטי והמבנה האלקטרוני של מולקולות.אלו הן תיאוריית קשר הערכיות ותיאוריית המסלול המולקולרי.
מהי תורת האורביטלים המולקולריים?
במולקולות, אלקטרונים שוכנים באורביטלים מולקולריים, אבל צורותיהם שונות, והם קשורים ליותר מגרעין אטום אחד. תיאוריית האורביטלים המולקולריים היא תיאור של מולקולות המבוססות על אורביטלים מולקולריים.
נוכל לקבל את פונקציית הגל המתארת מסלול מולקולרי על ידי השילוב הליניארי של מסלולים אטומיים. מסלול מקשר נוצר כאשר שני אורביטלים אטומיים מקיימים אינטראקציה באותו שלב (אינטראקציה בונה). כאשר הם מקיימים אינטראקציה מחוץ לשלב (אינטראקציה הרסנית), אורביטלים אנטי-קשירים מ. לכן, ישנם אורביטלים מתקשרים ואנטי-קשירים לכל אינטראקציה תת-מסלולית. לאורביטלים מקשרים יש אנרגיה נמוכה, ויש סבירות גבוהה יותר שהאלקטרונים יתגוררו בהם. אורביטלים אנטי-קשירים הם עתירי אנרגיה, וכאשר כל האורביטלים הקשורים מתמלאים, אלקטרונים הולכים וממלאים את האורביטלים האנטי-קשירים.
מהי תיאוריית ה-Valence Bond?
תיאוריית קשר הוולנס מבוססת על גישת קשר מקומי, המניחה שהאלקטרונים במולקולה תופסים אורביטלים אטומיים של האטומים הבודדים. לדוגמה, ביצירת מולקולת H2, שני אטומי מימן חופפים את האורביטלים ה-1 שלהם. על ידי חפיפה בין שני האורביטלים, הם חולקים אזור משותף בחלל. בתחילה, כאשר שני האטומים רחוקים זה מזה, אין אינטראקציה ביניהם. לכן, האנרגיה הפוטנציאלית היא אפס.
כשהאטומים מתקרבים זה לזה, כל אלקטרון נמשך על ידי הגרעין באטום השני, ובמקביל, אלקטרונים דוחים זה את זה, וכך גם הגרעינים. בזמן שהאטומים עדיין מופרדים, המשיכה גדולה מהדחייה, ולכן האנרגיה הפוטנציאלית של המערכת פוחתת. הנקודה בה האנרגיה הפוטנציאלית מגיעה לערך המינימלי, המערכת נמצאת ביציבות. זה מה שקורה כששני אטומי מימן מתאחדים ויוצרים את המולקולה.
איור 01: היווצרות של בונד Pi
עם זאת, מושג חופף זה יכול לתאר רק מולקולות פשוטות כמו H2, F2, HF וכו'. תיאוריה זו לא מצליחה להסביר מולקולות כמו CH4 עם זאת, ניתן לפתור בעיה זו על ידי שילוב תיאוריה זו עם תיאוריית המסלול ההיברידית. הכלאה היא ערבוב של שני אורביטלים אטומיים לא שווה ערך. לדוגמה, ב-CH4, ל-C יש ארבעה אורביטלים מוכלאים sp3 החופפים לארביטלים s של כל H.
מה ההבדל בין תיאוריית מסלולים מולקולריים לתיאוריית קשרי הערכיות?
כיום, אנו משתמשים בשתי תיאוריות מכניות קוונטיות כדי לתאר את הקשר הקוולנטי והמבנה האלקטרוני של מולקולות.אלו הן תיאוריית קשרי הערכיות ותיאוריית המסלול המולקולרי. ההבדל העיקרי בין תיאוריית המסלול המולקולרי לתיאוריית קשר הערכיות הוא שתיאוריית המסלול המולקולרי מתארת את היווצרות המסלול המולקולרי, בעוד שתיאוריית קשר הערכיות מתארת אורביטלים אטומיים. יתר על כן, ניתן ליישם את תיאוריית קשר הערכיות רק עבור מולקולות דו-אטומיות, ולא עבור מולקולות פוליאטומיות. עם זאת, אנו יכולים ליישם את תיאוריית המסלול המולקולרי עבור כל מולקולה.
סיכום – תיאוריית המסלול המולקולרי לעומת תיאוריית קשר הערך
תיאוריית קשרי הערכיות ותיאוריית המסלול המולקולרי הן שתי התיאוריות המכאניות הקוונטיות המתארות את הקשר הקוולנטי והמבנה האלקטרוני של מולקולות. ההבדל העיקרי בין תיאוריית המסלול המולקולרי לתיאוריית קשר הערכיות הוא שתיאוריית המסלול המולקולרי מתארת את היווצרות המסלול המולקולרי, בעוד שתיאוריית קשר הערכיות מתארת אורביטלים אטומיים.
