Кіріспе

Теориялық химияда антибайланыс орбиталы – екі атом арасындағы химиялық байланысты әлсірететін және атомдар бөлінген кездегі энергиясына қарағанда молекуланың энергиясын жоғарылататын молекулалық орбитальдың түрі. Мұндай орбиталда ядролар арасындағы байланыс аймағында бір немесе бірнеше түйін болады. Орбиталдағы электрондардың тығыздығы байланыс аймағынан тысқары жиынтықталған, ол бір ядроны екіншісінен қашықтатады және екі атомның бір-бірін итергісіне себеп болады. Бұл химиялық байланысқа жауапты, жеке атомдарға қарағанда энергиясы төмен болатын байланыс молекулалық орбиталынан өзгеше.

Диатомдық молекулалар

Антибайланысты молекулалық орбитальдар (МО) әдетте байланысты молекулалық орбитальдардан жоғары энергиялы болады. Атомдар молекулалар құрағанда байланысу және антибайланысу орбиталдары қалыптасады. Егер екі сутек атомы бастапқыда бір-бірінен алыс болса, олардың атомдық орбиталдары бірдей болады. Бірақ екі атом арасындағы қашықтық қысқарғанда, электрондық толқындық функциялар біртіндеп жақындаса бастайды. Паулидің тыйым салу принципі молекуладағы екі электронның (e) бірдей кванттық сандар жиынтығына ие болуына мүмкіндік бермейді. Сондықтан, оқшауланған атомдардың әрбір бастапқы атомдық орбиталы (мысалы, негізгі күйдегі энергия деңгейі, 1s) осы жұпқа тиесілі екі молекулалық орбитальға бөлінеді – біреуі бастапқы атомдық деңгейден төмен энергиялы, екіншісі жоғары энергиялы. Жеке атомдардың орбиталдарынан төмен энергиялы орбиталь – байланысу орбиталы, ол тұрақтырақ және екі H атомының H2 молекуласын құрауына көмектеседі. Жоғары энергиялы орбиталь – антибайланыс орбиталы, ол тұрақсыз және егер толтырылған болса, байланысқа кедерілді етеді. Мысалы, H2 молекуласында екі электрон әдетте төмен энергиялы байланысу орбиталын толықтырады, бұл молекуланы жеке H атомдарынан тұрақтырақ етеді. Молекулалық орбиталь антибайланыс орбиталына айналады, егер екі ядро арасындағы электрондық тығыздық, ешқандай байланыс әрекеттесмесі болмағандағыдан кем болса. Молекулалық орбиталь екі атом арасындағы түйіндік жазықтықта (оңнан теріске) белгісін өзгерткенде, ол осы атомдарға қатысты антибайланыс деп есептеледі. Антибайланыс орбиталдары молекулалық орбитальдық схемаларда көбінесе жұлдызша (*) символымен белгіленеді. Гомоядролық диатомдық молекулаларда σ* (сигма-жұлдыз) антибайланыс орбиталдары сигма байланыстары сияқты екі ядродан өтетін түйіндік жазықтыққа ие емес, ал π* (пи-жұлдыз) орбиталдары пи байланыстары сияқты екі ядродан өтетін бір түйіндік жазықтыққа ие. Паулидің тыйым салу принципі өзара әрекеттесетін жүйедегі екі электронның бірдей кванттық күйде бола алмайтынын көрсетеді. Егер байланысу орбиталдары толтырылған болса, кез келген қосымша электрон антибайланыс орбиталдарын толықтырады. Бұл He2 молекуласында байқалады, онда 1sσ және 1sσ* орбиталдары екеуі де толтырылған. Антибайланыс орбиталы байланыс орбиталынан гөрі күштірек антибайланысқа ие болғандықтан, молекуланың энергиясы екі жеке гелий атомынан жоғары болады, демек, ол тұрақсыз.

Полиатомдық молекулалар

Бірнеше атомнан тұратын молекулаларда кейбір орбитальдар екі атомнан артыққа таралуы мүмкін. Белгілі бір молекулалық орбиталь кейбір жақын орналасқан атом жұптары арасында байланыстырылып, басқа жұптар арасында антибайланыстырылуы мүмкін. Егер байланыстыру әрекеттесулері антибайланыстыру әрекеттесулерінен көп болса, бұл MO байланыстырылған деп аталады, ал егер антибайланыстыру әрекеттесулері байланыстыру әрекеттесулерінен көп болса, молекулалық орбиталь антибайланыстырылған деп аталады. Мысалы, бутадиенде төрт көміртек атомы бойынша тараған пи-орбитальдар бар. Негізгі күйде екі байланыстырылған пи-орбитальдар бар: π1 – барлық көміртектер арасында байланыстырылған, ал π2 – C1 және C2, сондай-ақ C3 және C4 арасында байланыстырылған, ал C2 және C3 арасында антибайланыстырылған. Диаграммада көрсетілгендей, екі және үш антибайланыстыру әрекеттесуі бар антибайланыстырылған пи-орбитальдар да бар; олар негізгі күйде бос, бірақ қозу күйлерінде толтырылуы мүмкін. Сол сияқты, алты көміртек атомы бар бензолда үш байланыстырылған пи-орбиталь және үш антибайланыстырылған пи-орбиталь бар. Әрбір көміртек атомы бензолдың π-жүйесіне бір электрон қосатындықтан, ең төменгі энергиялы үш пи-молекулалық орбитальды (байланыстырылған пи-орбитальдарды) толтыратын алты пи-электрон бар. Антибайланыстырылған орбитальдар молекулалық орбиталь теориясы тұрғысынан химиялық реакцияларды түсіндіру үшін де маңызды. Роалд Хоффман және Кеничи Фукуи 1981 жылы химия саласындағы Нобель сыйлығын химиялық реакциялардың сапалық молекулалық орбитальдық түсіндірмелерін жасағандары және одан әрі дамытқандары үшін бөлісті.