分子軌道

質問

量子化学での分子軌道について質問なのですが、

ベンゼンやシクロブタジエンなどでよく
各準位のエネルギーとそのエネルギーに入る電子の図が載っていて、
さらにその横に模式図みたいなものが載っていますよね。
これは、いったい何を意味するのでしょうか？

○●
●○　　　反結合性軌道

それぞれの軌道について、波動関数(φ１、φ２・・）
が求まっていますが、それぞれの軌道に電子が入っている場合があるので、どれかひとつに特定できませんよね？

これら電子が入っている軌道の形を確率的にとっているということなんでしょうか？
（ある時は、φ1のときの形で、あるときはφ２の時の
形などというように）

一応量子化学は習ったのですが、時間がありましたら
回答お願いします。

回答No.1

noname#62864 · ベストアンサー

○●　　○○
●○とか●●とかの中の、色の違いというのは、軌道のローブの「位相」を表します。
ご質問の例はπ結合のことだと思いますが、反結合性軌道の場合には、π結合を形成するローブ間の位相が異なっており、その場合には反発力が働き（正確な表現ではないかもしれませんが）、結合ができません。
それに対して、両者の位相が一致している場合には、両者の間に引力が働き結合を形成します（結合性分子軌道になる）。

φ１、φ２の話はよくわかりませんが、要するにエネルギー準位の低い軌道から電子が満たされるということです。π結合の場合であれば、系に存在するπ電子が、低いエネルギー準位の軌道から順番に埋めていきます。通常は、ちょうど結合性分子軌道を埋める分だけのπ電子が存在すると思います。
それ以上の数の電子がある場合には、反結合性分子軌道に入らざるを得なくなり、その分子（あるいはイオン）は不安定になります。

また、外部からのエネルギーによって、結合性軌道の電子が反結合性分子軌道に昇位した状態は不安定であり、何らかの反応を起こしやすい状態にあると言えるでしょう。

お礼

回答ありがとうございました。

参考になりました。

回答No.3

noname#160321

>それぞれの軌道について、波動関数(φ１、φ２・・）が求まっていますが、それぞれの軌道に電子が入っている場合があるので、どれかひとつに特定できませんよね？
分子軌道を理解されているとした上でのお答えになりますが、例えばベンゼンの反結合軌道のもっとも低いエネルギーのモノつまりＬＵＭＯ二つは「縮重」ないし「縮退」しており、電子がどちらに入っているかは判断が付きません。
ただし、ベンゼン環が置換されていたりして完全にＤ6対称でない場合esr(epr）で判断がつきます。
またＬＵＭＯに二つの電子が入る場合パウリの他排律により二つの軌道の両方に一つずつ入り、他を無視すればここだけなら一重項か三重項かになります。
以上の「用語」が理解できない場合は再度項を改めて質問してください。

お礼

一応　用語は理解できました。

私の文章力のせいですが、
皆さんの回答と私が聞きたいことは、少し
ずれてしまったようです。

回答どうもありがとうございました。

回答No.2

noname#69788

結合性軌道に電子が入ると分子は安定になり、反結合性軌道に電子が入ると（電子が励起されたような状態）分子は、不安定になります。

お礼

おっしゃるとおりですね。

回答ありがとうございました。