Das Wasserstoffmolekül

Gerne stellt man sich ein Molekül als zu einer Einheit verschmolzene Kugeln vor.

Die LCAO-(MO)-Methode

Was hält die Materie zusammen? Welche Kraft ist es, die Atome zu Molekülen mit einzigartigen Eigenschaften zusammenhält?
Der Chemiker hat darauf eine einfache wie komplizierte Antwort: Die Elektronen eines Atoms bilden chemische Bindungen zu Nachbaratomen aus. So werden Atome quasi in ihrer relativen Position zueinander fixiert.
Das einfachste denkbare Molekül ist der elementare Wasserstoff, ein Gas. Das Formelzeichen

H—H

weist die beiden Atomkerne des Wasserstoffs aus („H“), sowie die Elektronenpaarbindung, die durch den die beiden Atome verbindenden Strich repräsentiert wird. Mit Hilfe dieser Formelsprache läßt sich leicht die Struktur und relative Lage der Atome selbst in komplexen Molekülen beschreiben.

Nun lehrt die Quantenmechanik, daß die Überlagerung von je zwei Atomorbitalen auf zu zwei Molekülorbitalen führt, und im günstigsten Fall zu einer chemischen Bindung. Diesen Sachverhalt vermag die Formelsprache nicht wiederzugeben. Genau hier setzt die Linearkombinationsmethode von Atomorbitalen zu Molekülorbitalen LCAO-(MO) an und ermöglicht das Verständnis des Zustandekommens von Bindungswinkeln Bindungsenergien und Spektralen Eigenschaften von Molekülen.

Anhand der folgenden Beispiele wird erklärt, wie durch lineare Kombination von Atomorbitalen Molekülorbitale entstehen: