METODO LCAO

Il concetto di funzione d’onda che è stato applicato alla descrizione del comportamento dell’elettrone in un atomo isolato può essere utilmente esteso alle molecole per ottenere informazioni importanti quali ad esempio, oltre alla configurazione elettronica, numero e tipo di legami chimici e per spiegare ulteriori proprietà come il paramagnetismo.

Ovviamente un fattore di complicazione rispetto alla trattazione degli atomi isolati è rappresentato dalla presenza di più di un nucleo.

Il metodo LCAO (cioè delle combinazioni lineari) , parte della cosiddetta teoria degli orbitali molecolari, nel caso di una molecola biatomica permette di ottenere un orbitale molecolare come somma o differenza di due orbitali atomici di partenza. Terremo conto, come già fatto a proposito delle funzioni d’onda atomiche, che è il quadrato di queste a rappresentare la probabilità di trovare l’elettrone nello spazio internucleare.

La somma delle due funzioni d’onda  atomiche ha come risultato un orbitale molecolare di legame, con un’energia più bassa rispetto ai due orbitali atomici .

Dal punto di vista fisico, la somma rappresenta un’interferenza costruttiva tra le due onde:

ψAB = ψA + ψB

La differenza tra le due funzioni d’onda atomiche invece ci fornisce un orbitale molecolare di antilegame, ad energia maggiore rispetto a quella dei due orbitali atomici (interferenza distruttiva).

ψAB = ψA – ψB

Infine abbiamo anche orbitali molecolari di non legame, ad energia uguale a quella degli orbitali di partenza.

Nel metodo LCAO è importante tener conto di alcuni criteri che rendono possibile la combinazione delle funzioni d’onda atomiche. In particolar modo ci riferiamo ad una minima differenza energetica degli orbitali da combinare e ad una efficace sovrapponibilità , che riguarda in particolar modo gli orbitali atomici più esterni, che sono infatti più estesi.

In generale , dalla combinazione lineare di n orbitali atomici otteniamo n orbitali molecolari. Per visualizzare l’esatta configurazione elettronica di una molecola infine possiamo costruire una successione di orbitali molecolari ad energie crescenti ottenuti dall’applicazione della LCAO e delle regole già viste per gli atomi ( AufBau, principi di Pauli e Hund).

LCAO idrogeno
Orbitali molecolari dell’idrogeno

Chimitutor -19 Settembre 2018