Chcąc opisać stan elektronów w cząsteczce, należy wykorzystać funkcje falowe zwane orbitalami molekularnymi (cząsteczkowymi). Tworzenie orbitali cząsteczkowych – zgodnie z teorią orbitali molekularnych – polega na przedstawianiu ich w postaci liniowej kombinacji orbitali atomowych. Orbitale atomowe poddane liniowej kombinacji muszą spełniać następujące warunki:
- muszą mieć porównywalną energię,
- muszą wykazywać jednakową symetrię w stosunku do osi łączącej jądra atomów,
- muszą przenikać się w możliwie dużym stopniu.
| orbitale cząsteczkowe (molekularne) | |
| podział ze względu na symetrię: - orbitale typu σ - orbitale typu π |
podział ze względu na energię: - orbitale wiążące - orbitale antywiążące - orbitale niewiążące |
Orbital molekularny σ i orbital molekularny π to podstawowe typy orbitali molekularnych. Orbital σ powstaje jako wynik liniowej kombinacji orbitali atomowych, np. s i s, s i py oraz py i py, a orbital π – np. pz i pz, px i px. W rozważaniach przyjęto, że osią łączącą jądra atomów (oś wiązania) jest oś y.
Dwa orbitale atomowe różnych atomów utworzą zawsze dwa orbitale cząsteczkowe(wiążący i antywiążący) danego typu (sigma σ lub pi π). Orbital wiążący posiada niższą energię, a orbital anty wiążący, oznaczany gwiazdką, wyższą energię w stosunku do energii wyjściowych orbitali atomowych. Zatem obsadzanie orbitalu wiążącego elektronami jest dla układu energetycznie korzystne.
Istnieją również niewiążące orbitale molekularne, oznaczane dodatkowo literą n, dla których nie następuje ani obniżenie, ani podwyższenie energii orbitalnej w porównaniu z energią orbitalną orbitalu w atomie.