Un orbitale molecolare è essenzialmente il percorso che un elettrone compie attorno a una molecola. Questo è molto simile a un orbitale atomico, tranne per il fatto che un orbitale molecolare è un percorso che tiene conto del campo di più di un nucleo. Esistono due tipi di orbitali molecolari, uno di legame e uno anti-legame. Questo è fondamentalmente deciso dal fatto che gli elettroni orbitanti si muovano attorno ai nuclei in fase o fuori fase. Gli orbitali molecolari sono fondamentalmente orbitali atomici sovrapposti e il grado con cui si uniscono determina se gli atomi si legheranno o meno.
Prima di poter comprendere gli orbitali, è importante conoscere la struttura di un atomo. Protoni e neutroni occupano il nucleo dell’atomo, che è un contenitore molto condensato che si trova al centro di un atomo. Gli elettroni sfrecciano intorno all’esterno del nucleo, essenzialmente nello stesso modo in cui i pianeti orbitano attorno al sole. Una descrizione semplicistica di come gli elettroni orbitano attorno a un nucleo divide gli elettroni in “gusci”, che sono fondamentalmente grandi cerchi che circondano il nucleo che possono contenere una determinata quantità di elettroni. Proprio come con le orbite planetarie, gli orbitali elettronici non assumono la forma di cerchi perfetti.
Gli elettroni non si muovono tutti intorno a un atomo in cerchi ordinati e ordinati. Invece, hanno spesso orbite più insolite e l’orbita specifica che hanno è descritta dalla teoria degli orbitali atomici. L’orbitale “s” è il più semplice, e questo è essenzialmente un orbitale sferico. Ci sono anche orbitali a forma di manubrio, chiamati orbitali “p”, che sono disponibili in tre diversi allineamenti. L’interazione tra i due orbitali atomici determina il tipo dell’orbitale molecolare.
Quando due atomi si legano, gli elettroni stanno ancora cercando di seguire il loro schema orbitale impostato e le loro posizioni determinano il tipo di orbitale molecolare. Il primo tipo di orbitale molecolare si verifica quando gli elettroni orbitano attorno a entrambi i nuclei in fase e si sovrappongono ad un certo punto. Questo crea un orbitale di “legame”, perché la sovrapposizione degli elettroni intensifica la carica negativa e abbassa l’energia potenziale della molecola. Sarebbe quindi necessaria energia per dividerli nei loro atomi separati, e gli atomi stanno insieme.
L’altro tipo di orbitale molecolare è quando gli elettroni orbitano fuori fase. Ciò riduce la carica negativa che creano, che a sua volta aumenta l’energia potenziale complessiva immagazzinata nella molecola. Gli elettroni amano una bassa energia potenziale, quindi è più probabile che si separino piuttosto che orbitare fuori fase. La bassa energia potenziale di un’orbita fuori fase, quindi, significa che gli atomi si dividono e il legame non si forma.