Introduction to Molecular Orbital Theory
________________________________________
1. Introduction
Modern chemistry has depended upon the use of models of increasing comlexity. Atoms can be represented as spheres connected by cyclinders or sticks. In order to understand the mechanism of many reactions, Lewis Theory, developed by Robinson and Ingold, can provide a succesful answer.
Lewis Theory uses curly arrows to denote electron migration during a chemical reaction and has led to a greater understanding of the factors controlling chemical reactions.
Pauling with others, developed Resonance Theory, which provided the rationale to an all-embracing orbital theory. The use of "canonical forms" and "resonance hybrids", alonng with extensive use of curvy arrows has provided the fundamental background to modern organic theory, but for eg. Diels-Alder and pericyclic reactions, the curly arrow format is not very clear and in some instances the reactions are described as no-machanism reactions. Woodward and Hoffmann showed that by examining the interaction of the frontier molecular orbitals (ie. the Highest Occupied, HOMO and Lowest Unoccupied, LUMO) both the regio- and stereospecificity could be accountred for.
Woodward and Hoffmann work was assimilated into general organic reaction theory.
2. Atomic and Molecular Orbitals
By sharing electron, molecules can form bonds, and it is possible to regard the sharing of two electrons by two atoms as constituting a chemical bond. Atoms can share one, two or three electrons (forming single, double and triple bonds).
A hydrogen atom consists of a nucleus (a proton) and an electron. It is not possible to accurately determine the position of the electron, but it is possible to calculate the probability of findng the electron at any point around the nucleus. With a hydrogen atom the probability distribution is spherical around the nucleus and it is possible to draw a spherical boundary surface, inside which there is a 95% possibility of finding the electron. The electron has a fixed energy and a fixed spatial distribution called an orbital. In the helium atom there are two electrons associated with the helium nucleus. The electrons have the same spatial distribution and energy (ie. they occupy the same orbital), but they differ in their spin (Pauli exlusion principle). In general: electrons in atomic nuclei occupy orbitals of fixed energy and spatial distribution, and each orbital only contains a maximum of two electrons with anti-parallel spins.
In physics, periodic phenomena are associated with a "wave equation", and in atomic theory the relevant equation is called the "Schrödinger Equation". The wave equation predicts discrete solutions in one dimension for a particle confined to a box with infinite walls,The solutions can be shown as in the figure below:



1 - 4 represent solutions of increasing energy. In three dimensions, the equation determines the energy and defines the spatial distribution of each electron. Solutions of the wave equations in three-dimensions allows calculation of the "shape" of each orbital. The first five solutions of the wave equation for an electron associated with a proton can be shown in the figure below:




In the hydrogen atom, the 1s atomic orbital has the lowest energy, while the remainder (2s, 2px, 2py and 2pz) are of equal energy (ie.degenerate), but for all other atoms, the 2s atomic orbital is of lower enegry than the 2px, 2py and 2pz orbitals, which are degenerate.
In atoms, electrons occupy atomic orbitals, but in molecules they occupy similar molecular orbitals which surround the molecule. The simplest molecule is hydrogen, which can be considered to be made up of two seperate protons and electrons. There are two molecular orbitals for hydrogen, the lower energy orbital has its greater electron density between the two nuclei. This is the bonding molecular orbital - and is of lower energy than the two 1s atomic orbitals of hydrogen atoms making this orbital more stable than two seperated atomic hydrogen orbitals. The upper molecular orbital has a node in the electronic wave function and the electron density is low between the two positively charged nuclei. The energy of the upper orbital is greater than that of the 1s atomic orbital, and such an orbital is called an antibonding molecular orbital.
Normally, the two electrons in hydrogen occupy the bonding molecular orbital, with anti-parallel spins. If molecular hydrogen is irradiated by ultra-violet (UV) light, the molecule may absorb the energy, and promote one electron into its antibonding orbital , and the atoms will seperate. The energy levels in a hydrogen molecule can be represented in a diagram - showing how the two 1s atomic orbitals combine to form two molecular orbitals, one bonding and one antibonding This is shown below - by clicking upon either the  or * molecular orbital in the diagram - it will show graphically in a window to the right:

Kegunaan Besi
Besi merupakan logam paling biasa digunakan di antara semua logam, iaitu merangkumi sebanyak 95 peratus daripada semua tan logam yang dihasilkan di seluruh dunia. Gabungan harganya yang murah dengan kekuatannya menjadikan ia amat diperlukan, terutamanya dalam penggunaan seperti kereta, badan kapal bagi kapal besar, dan komponen struktur bagi bangunan. Besi waja merupakan aloi besi paling dikenali, dan sebahagian dari bentuk yang dibentuk oleh besi termasuk:
• Besi mentah atau Pig iron yang mengandungi 4% – 5% karbon dengan sejumlah bendasing seperti belerang, silikon dan fosforus. Kepentingannya adalah ia merupakan perantaraan daripada bijih besi kepada besi tuang dan besi waja.
• Besi tuang (Cast iron) mengandungi 2% – 3.5% karbon dan sejumlah kecil mangan. Bendasing yang terdapat di dalam besi mentah yang dapat memberikan kesan buruk kepada sifat bahan, seperti belerang dan fosforus, telah dikurangkan kepada tahap boleh diterima. Ia mempunyai takat lebur pada julat 1420–1470 K, yang lebih rendah berbanding dua komponen utamanya, dan menjadikannya hasil pertama yang melebur apabila karbon dan besi dipanaskan serentak. Sifat mekanikalnya berubah-ubah, bergantung kepada bentuk karbon yang diterap ke dalam aloi. Besi tuang 'putih' mengandungi karbon dalam bentuk cementite, atau besi karbida. Sebatian keras dan rapuh ini mendominasi sifat-sifat utama besi tuang 'putih', menyebabkannya keras, tetapi tidak tahan kejutan. Dalam besi tuang 'kelabu', karbon hadir dalam bentuk serpihan halus grafit, dan ini juga menyebabkan bahan menjadi rapuh kerana ciri-ciri grafit yang mempunyai pinggir-pinggir tajam yang merupakan kawasan tegasan tinggi. Jenis besi kelabu yang baru, yang dinamakan 'besi mulur', adalah dicampur dengan kandungan surih magnesium untuk mengubah bentuk grafit menjadi sferoid, atau nodul, lantas meningkatkan ketegaran dan kekuatan besi.
• Besi karbon mengandungi antara 0.5% dan 1.5% karbon, dengan sejumlah kecil mangan, belerang, fosforus, dan silikon.
• Besi tempa (Wrought iron) mengandungi kurang daripada 0.5% karbon. Ia keras, mudah lentur, dan tidak mudah dilakurkan berbanding dengan besi mentah. Ia mempunyai sejumlah kecil karbon, beberapa persepuluh peratus. Jika ditajamkan menjadi tirus, ia cepat kehilangan ketajamannya.
• Besi aloi (Alloy steel) mengandungi kandungan karbon yang berubah-ubah dan juga logam-logam lain, seperti kromium, vanadium, molibdenum, nikel, tungsten dsb.
• Besi oksida (III) digunakan dalam penghasilan storan magnetik dalam komputer. Ia sering dicampurkan dengan bahan lain, dan mengekalkan ciri-ciri mereka dalam larutan.

"CIRI-CIRI BESI"
Atom besi biasa mempunyai 56 ganda jisim atom hidrogen biasa. Besi adalah logam paling banyak, dan dipercayai unsur kimia kesepuluh paling banyak di alam sejagat. Besi juga merupakan unsur paling banyak (menurut jisim, 34.6%) membentuk Bumi; penumpuan besi pada lapisan berlainan di Bumi berbeza antara tinggi peratusannya pada lapisan dalam sehingga 5% pada kerak bumi; terdapat kemungkinan bahawa teras dalam Bumi mengandungi hablur besi tunggal walaupun ia berkemungkinan sebatian besi dan nikel; jumlah besar besi dalam Bumi dijangka menyumbang kepada medan magnet Bumi. Simbolnya adalah Fe ringkasan kepada ferrum, perkataan Latin bagi besi.
Besi adalah logam yang dihasilkan dari bijih besi, dan jarang dijumpai dalam keadaan unsur bebas. Untuk mendapatkan unsur besi, campuran lain mesti disingkir melalui pengurangan kimia. Besi digunakan dalam penghasilan besi waja, yang bukannya unsur tetapi aloi, sebatian logam berlainan (dan sebahagian bukan-logam, terutamanya karbon).
Nukleus besi adalah antara nukleus-nukleus yang mempunyai tenaga pengikat tertinggi per nukleon, dan hanya diatasi oleh isotop nikel 62Ni. Nukleid stabil yang paling banyak di dalam alam semesta adalah 56Fe. Ini merupakan hasil daripada pelakuran nuklear pada bintang. Walaupun perolehan tenaga yang lebih tinggi boleh didapati dengan mensintesis 62Ni, namun proses ini tidak digemari kerana keadaan yang kurang sesuai pada bintang-bintang. Apabila bintang gergasi mengecut pada penghujung hayatnya, tekanan dalaman dan suhu akan meningkat, membolehkan bintang seterusnya menghasilkan unsur yang lebih berat, walaupun keadaan ini adalah kurang stabil berbanding dengan unsur-unsur pada sekitar nombor jisim 60 ("kumpulan besi"). Ini menjurus kepada berlakunya supernova.
Model kosmologi dengan alam sejagat terbuka meramalkan bahawa terdapatnya fasa di mana semua benda akan bertukar menjadi besi, hasil daripada tindak balas pembelahan dan pelakuran yang perlahan.

MENGAPA EMAS BERWARNA KUNING DAN TEMBAGA BERWARNA MERAH???

Emas berwarna kuning disebabkan oleh frekuensi plasmon emas yang terletak pada julat penglihatan, mengakibatkan warna merah dan kuning dipantulkan sementara warna biru diserap.
Hanya koloid perak mempunyai interaksi yang sama terhadap cahaya, tetapi dalam frekuensi yang lebih pendek, sehingga menyebabkan warna koloid perak menjadi kuning
Sedang untuk tembaga yaitu tembaga ketika sedikit melepaskan takat leburnya, mengekalkan warna kilauan merah jambu apabila cahaya mencukupi sehingga tembaga berwarna merah, selain itu tembaga memantulkan cahaya merah dan jingga dari spektrum cahaya. Tembaga memiliki ciri warnanya karena struktur jalurnya yaitu memancarkan cahaya merah dan jingga dan menyerap frekuensi-frekuensi lain dalam spektrum tampak.