Das Orbitalmodell (IX) - Zweiatomige Systeme

Zwei H-Atome unendlich" voneinander entfernt, üben aufeinander keinerlei Kräfte aus. Sobald sie sich jedoch nähern, treten zwischen ihnen Wechselwirkungen auf: die beiden Atomkerne und beide Elektronenwolken des 1s-Orbitals stoßen sich gegenseitig ab, zwi
schen dem Kern des einen Atoms und dem Orbital des anderen exi
stiert jedoch eine Anziehung. Während sich beide Atome einander nähern, werden die Elektronenwolken in den Bereich zwischen den Kernen gezogen. Dabei ist die Kombination zweier Kerne und Elek
tronen stabiler (energieärmer) als die energetische Situation zweier isolierter H-Atome. Je dichter die Kerne zusammenkommen, desto stärker konzentriert sich die Elektronendichte zwischen ihnen, desto mehr nimmt die Energie des Systems ab, desto stabiler wird das Gesamtsystem=Molekül.

Kommen sich die Kerne jedoch zu nahe, beginnt die Abstoßung zwischen ihnen die Oberhand zu gewinnen. Zwischen Abstoßung und Anziehung liegt ein Gleichgewichtszustand, bei dem beide Wechselwirkungskräfte gleich stark sind. Die beiden Atome verhalten sich so, wie wenn sie durch eine Feder miteinander verbunden wären. Dieser Gleichgewichtsabstand entspricht der Bindungslänge.

Die Anziehung, die das Molekül stabilisiert, ist die Anziehung zwischen den Kernen und der zwischen ihnen konzentrierten Elek
tronendichte. Diese Konzentrierung kann man sich als Über
lappung der atomaren 1s-Orbitale vorstellen. Stellt man die atomare Wellenfunktion 1s durch das Symbol 1s dar, dann ist die Elektronendichte um den Kern herum durch |1s|² gegeben. Durch Addition der beiden Wellenfunktionen 1sa und 1sb der Atome a und b entsteht ein Molekülorbital. Die Wahrscheinlichkeitsdichte
verteilung des Elektrons in einem solchen Molekülzustand wird durch das Absolutquadrat der molekularen Wellenfunktion gegeben: |1sa +1sb|² .

Beim H2-Molekül wird dieses Molekülorbital von den zwei Elektronen mit antiparallelem Spin besetzt: . Dieser Typ von
Molekülorbital wird als bindendes Orbital bezeichnet.

Werden zwei atomare Wellenfunktionen 1sa und 1sb voneinander
subtrahiert, ändert die molekulare Wellenfunktion 1sa - 1sb ihr
Vorzeichen, so dass ihr Absolutquadrat auf der sogenannten Knot
enfläche den Wert Null bekommt. Wenn sich im Molekül Elek
tronen in diesem Orbital befinden, ist die Wahrscheinlichkeit gleich
null, sie dort in einer Ebene in der Mitte zwischen den Kernen,
senkrecht zur Bindungsachse anzutreffen. Der größte Teil der
Elektronendichte konzentriert sich im Raum außerhalb der beiden
Kerne. Infolgedessen fällt die anziehende Wirkung der Elektronen
wolke zwischen den Kernen fort und die Kerne stoßen sich
gegenseitig ab. Dieser Orbitaltyp wird deswegen als antibindend
bezeichnet. Bindende Orbitale werden als -Bindung bezeichnet,
sofern sie nur aus der Linearkombination der entsprechenden -
Funktionen entstanden sind, antibindende Orbitale mit *.