Orden de bonos

En química , el orden de enlace es una medida formal de la multiplicidad de un enlace covalente entre dos átomos. Como lo introdujo Gerhard Herzberg , ^{[ 1 ]} basándose en el trabajo de RS Mulliken y Friedrich Hund, el orden de enlace se define como la diferencia entre el número de pares de electrones en los orbitales moleculares enlazantes y antienlazantes .

El orden de enlace proporciona una indicación aproximada de la estabilidad de un enlace . Las especies isoelectrónicas tienen el mismo orden de enlace. ^{[ 2 ]}

El orden de enlace es el número de pares de electrones ( enlaces covalentes ) entre dos átomos . ^{[ 3 ]} Por ejemplo, en el nitrógeno diatómico N≡N, el orden de enlace entre los dos átomos de nitrógeno es 3 ( enlace triple ). En el acetileno H–C≡C–H, el orden de enlace entre los dos átomos de carbono también es 3, y el orden de enlace C–H es 1 ( enlace simple ). En el monóxido de carbono , ⁻ C≡O ⁺ , el orden de enlace entre el carbono y el oxígeno es 3. En el trifluoruro de tiazilo N≡SF ₃ , el orden de enlace entre el azufre y el nitrógeno es 3, y entre el azufre y el flúor es 1. En el oxígeno diatómico O=O el orden de enlace es 2 ( enlace doble ). En el etileno H₂C =CH₂ _el orden de enlace entre los dos átomos de carbono también es 2. El orden de enlace entre el carbono y el oxígeno en _el dióxido de carbono O=C=O también es 2. En el fosgeno O=CCl₂ _, el orden de enlace entre el carbono y el oxígeno es 2, y entre el carbono y el cloro es 1.

En algunas moléculas, los órdenes de enlace pueden ser 4 ( enlace cuádruple ), 5 ( enlace quíntuple ) o incluso 6 ( enlace séxtuple ). Por ejemplo, la sal de octaclorodimolibdato de potasio ( K _​​4 [ Mo ₂ Cl ₈ ] ) contiene el anión [ Cl ₄ Mo≣MoCl ₄ ] ⁴⁻ , en el que los dos átomos de Mo están unidos entre sí por un enlace con un orden de 4. Cada átomo de Mo está unido a cuatro ligandos Cl ⁻ por un enlace con un orden de 1. El compuesto ( terfenil )– CrCr –(terfenil) contiene dos átomos de cromo unidos entre sí por un enlace con un orden de 5, y cada átomo de cromo está unido a un ligando terfenilo por un enlace simple. Se detecta un enlace de orden 6 en las moléculas de ditungsteno W ₂ , que existen solo en fase gaseosa .

En la teoría de orbitales moleculares , el orden de enlace se define como la mitad de la diferencia entre el número de electrones enlazantes y el número de electrones antienlazantes según la ecuación que se muestra a continuación. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Esto a menudo, pero no siempre, produce resultados similares para enlaces cercanos a sus longitudes de equilibrio, pero no funciona para enlaces estirados. ^{[ 9 ]} El orden de enlace también es un índice de la fuerza del enlace y se utiliza ampliamente en la teoría del enlace de valencia .

Orden de enlace = ( número de electrones enlazantes - número de electrones antienlazantes ) / 2

En general, cuanto mayor es el orden de enlace, más fuerte es el enlace. Los órdenes de enlace de un medio pueden ser estables, como lo demuestra la estabilidad de H + 2 (longitud de enlace 106 pm, energía de enlace 269 kJ/mol) y He + 2 (longitud de enlace 108 pm, energía de enlace 251 kJ/mol). ^{[ 10 ]}

La teoría de orbitales moleculares de Hückel ofrece otro enfoque para definir los órdenes de enlace basados ​​en coeficientes de orbitales moleculares, para moléculas planas con enlaces π deslocalizados. La teoría divide el enlace en un sistema sigma y un sistema pi. El orden de enlace π entre los átomos r y s derivado de la teoría de Hückel fue definido por Charles Coulson utilizando los coeficientes orbitales de los MO de Hückel: ^{[ 11 ] [ 12 ]}

${\displaystyle p_{rs}=\sum _{i}n_{i}c_{ri}c_{si}}$,

Aquí la suma se extiende solo sobre los orbitales moleculares π, y n _i es el número de electrones que ocupan el orbital i con coeficientes c _ri y c _si en los átomos r y s respectivamente. Suponiendo una contribución de orden de enlace de 1 del componente sigma, esto da un orden de enlace total (σ + π) de 5/3 = 1,67 para el benceno, en lugar del orden de enlace comúnmente citado de 1,5, lo que muestra cierto grado de ambigüedad en cómo se define el concepto de orden de enlace.

Para formas más elaboradas de la teoría de orbitales moleculares que involucran conjuntos de bases más grandes , se han propuesto otras definiciones. ^{[ 13 ]} Una definición estándar de mecánica cuántica para el orden de enlace ha sido objeto de debate durante mucho tiempo. ^{[ 14 ]} En 2017 se publicó un método integral para calcular los órdenes de enlace a partir de cálculos de química cuántica. ^{[ 9 ]}

El concepto de orden de enlace se utiliza en dinámica molecular y potenciales de orden de enlace . La magnitud del orden de enlace está asociada con la longitud del enlace . Según Linus Pauling en 1947, el orden de enlace entre los átomos i y j se describe experimentalmente como

${\displaystyle s_{ij}=\exp {\left[{\frac {d_{1}-d_{ij}}{b}}\right]}}$

donde d ₁ es la longitud del enlace simple, d _ij es la longitud del enlace medida experimentalmente y b es una constante que depende de los átomos. Pauling sugirió un valor de 0,353 Å para b , para los enlaces carbono-carbono en la ecuación original: ^{[ 15 ]}

${\displaystyle d_{1}-d_{ij}=0.353~{\text{ln}}(s_{ij})}$

El valor de la constante b depende de los átomos. Esta definición de orden de enlace es algo arbitraria y solo resulta fácil de aplicar a moléculas diatómicas .