Molekülorbitale von Wasser

Die Geometrie des Wassermoleküles wurde mit der MNDO-Methode optimiert und wir erhalten als Ergebnis der Berechnung unter anderem die Molekülorbitale. Da mit der MNDO-Methode nur die Verteilung der Valenzelektronen beschrieben werden kann, besitzt das System 8 Elektronen, die in 4 besetzten Molekülorbitalen verteilt sind:

Wasser-Orbitale
Abb1: Das MO-Diagramm von Wasser mit der schematischen Darstellung der LCAO-Koeffizienten der einzelnen MO's (durch Anklicken der einzelnen Bilder erhält man eine schematische 3D-Darstellung)

Die LCAO-Koeffizienten für die einzelnen MO's sehen wie folgt aus:

E	s(H)	s(O)	p_x(O)	p_y(O)	p_z(O)	s(H)
6.728	0.525	0	0	-0.669	0	-0.525
5.440	-0.553	0.306	0	0	-0.544	0.553
-12.191	0	0	-1.000	0	0	0
-14.467	-0.309	0.354	0	0	0.827	-0.309
-19.113	-0.473	0	0	-0.743	0	0.473
-40.032	0.315	0.884	0	0	-0.143	0.315

Vergleichen wir die Ergebnisse für E mit den MO-Orbitalen, die wir nach der Charakterentafel für C_2vbeschrieben haben, so erhalten wir für die MO-Orbitale folgende irreduziblen Darstellungen:

E	Symbol
6.728	2b₂
5.440	3a₁
-12.191	1b₁
-14.467	2a₁
-19.113	1b₂
-40.032	1a₁

Das höchste besetzte Orbital (HOMO) von Wasser ist also das b₁-Orbital. Das niedrigste nichtbesetzte Orbital (LUMO) ist das 3a₁-Orbital.

Hinweise:

Die Mulliken-Symbole werden hier klein geschrieben, da es sich um Einelektronensysteme handelt.
Die vorangestellten Zahlen dienen der Durchnummerierung der einzelnen Zustände mit ansteigender Energie. Sie sind analog der Hauptquantenzahlen bei den Atomorbitalen (Einelektronenzustände). Bei den Atomorbitalen (Kugelsymmetrie) wird die Symmetrie durch die Nebenquantenzahl (s, p, d, f, ...) beschrieben und die Energie durch die Hauptquantenzahl n.

Die Elektronenkonfiguration des Grundzustandes von Wasser ist somit: (a₁)²(b₂)²(a₁)²(b₁)² und liefert den Term ¹A₁ (großer Buchstabe; da Mehr-Elektronen-System (8 Elektronen)).

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