Ein Molekülorbital ist im Wesentlichen der Weg, den ein Elektron um ein Molekül nimmt. Dies ist einem Atomorbital sehr ähnlich, außer dass ein Molekülorbital ein Weg ist, der das Feld von mehr als einem Kern berücksichtigt. Es gibt zwei Arten von Molekülorbitalen, ein bindendes und ein antibindendes. Dies wird im Wesentlichen dadurch entschieden, ob sich die umlaufenden Elektronen gleichphasig oder phasenverschoben um die Kerne bewegen. Molekülorbitale sind im Grunde überlappende Atomorbitale, und der Grad, in dem sie zusammenpassen, bestimmt, ob die Atome eine Bindung eingehen oder nicht.
Um Orbitale zu verstehen, ist es wichtig, die Struktur eines Atoms zu kennen. Protonen und Neutronen besetzen den Atomkern, der ein sehr verdichteter Behälter ist, der sich im Zentrum eines Atoms befindet. Elektronen sausen um die Außenseite des Kerns herum, im Wesentlichen auf die gleiche Weise, wie Planeten die Sonne umkreisen. Eine vereinfachte Beschreibung, wie Elektronen einen Kern umkreisen, spaltet die Elektronen in „Schalen“ auf, bei denen es sich im Wesentlichen um große Kreise um den Kern handelt, die eine bestimmte Menge an Elektronen enthalten können. Genau wie bei Planetenbahnen nehmen Elektronenorbitale nicht die Form perfekter Kreise an.
Elektronen bewegen sich nicht alle in festen, geordneten Kreisen um ein Atom herum. Stattdessen haben sie oft ungewöhnlichere Bahnen, und die spezifische Bahn, die sie haben, wird durch die Atombahntheorie beschrieben. Das „s“-Orbital ist das einfachste, und dies ist im Wesentlichen ein kugelförmiges Orbital. Es gibt auch hantelförmige Orbitale, sogenannte „p“-Orbitale, die in drei verschiedenen Ausrichtungen erhältlich sind. Die Wechselwirkung zwischen den beiden Atomorbitalen bestimmt die Art des Molekülorbitals.
Wenn sich zwei Atome verbinden, versuchen die Elektronen immer noch, ihrem festgelegten Orbitalmuster zu folgen, und ihre Positionen bestimmen die Art des Molekülorbitals. Die erste Art von Molekülorbital entsteht, wenn die Elektronen beide Kerne gleichphasig umkreisen und sich irgendwann überlappen. Dadurch entsteht ein „bindendes“ Orbital, denn die Überlappung der Elektronen verstärkt die negative Ladung und senkt die potentielle Energie des Moleküls. Es würde daher Energie erfordern, sie wieder in ihre einzelnen Atome aufzuspalten, und die Atome bleiben zusammen.
Die andere Art von Molekülorbital ist, wenn die Elektronen phasenverschoben kreisen. Dies verringert die negative Ladung, die sie erzeugen, was wiederum die im Molekül gespeicherte potentielle Gesamtenergie erhöht. Elektronen mögen eine niedrige potentielle Energie, daher ist es wahrscheinlicher, dass sie sich trennen als phasenverschoben. Die niedrige potentielle Energie einer phasenverschobenen Umlaufbahn bedeutet dann, dass sich die Atome aufspalten und die Bindung nicht gebildet wird.