В книге говорится, что есть два вида притяжения двух молекул: электростатическое (плюс к минусу притягивается) и орбитальное. С первым все понятно.
The attraction between these molecules is not electrostatic; instead, their electronic repulsion is overcome because the bromine molecule has an empty orbital available—the σ* orbital of the Br–Br bond— which can accept electrons from the alkene. Unlike the repulsive interaction between filled orbitals, the interaction between a filled and an unfilled orbital can lead to attraction and reaction.
Итак, заполненные орбитали отталкиваются так как они имеют электроны, и соответственно, отрицательные заряды. А какая сила способствует тому, чтобы пустая и заполненная орбитали притягивались? Пустая же не имеет заряда, раз уж там нет электронов, и Кулоновского взаимодействия тогда тоже не должно быть
Я не знаю, как эта “сила” называется, но энергия \sigma^{*} орбитали \ce{Br-Br} довольно таки низкая. А как известно, чем ниже энергия разрыхляющей орбитали электрофила, тем она ближе к энергии связывающей орбитали нуклеофила, и соответственно, тем лучше перекрывание орбиталей, что ведет к большему энергетическому выигрышу. И наверное этот выигрыш нивелирует отталкивание, и поэтому протекает реакция (?)
Заполненная орбиталь взаимодействует с пустой, образуя две новые МО: одна ниже по энергии, другая выше. Если во взаимодействии двух орбиталей было 3 или меньше электронов, то в итоге получим стабилизирующее взаимодействие.
Иными словами, первым аспектом мы еще раз подчеркиваем почему образуется связь.
Может остаться вопрос – а как молекула знает, что у нее будет стабильность?
Для каждой молекулы существует т.н. potential energy surface (PES). Ну т.е. многомерный аналог кривой потенциальной энергии, функции V от координат всех ядер. В состоянии покоя молекула находится в неком минимуме этой поверхности.
Представим теперь эту поверхность не для одной молекулы этилена, а для этилена и брома на довольно далеком расстоянии. Это может быть некий локальный минимум 1.
Давайте назовем горизонтальную ось x. Скажем что до начала реакции, этилен находится в позиции X=x_0, а бром в позиции x=5x_0.
Собственно если посмотреть на PES (та картинка в качестве примера, она не для нашей системы, но все равно), и если двигаться по оси x, то мы по сути просто получаем значения потенциальной энергии для определенных значений x. Ну т.е. потенциальная энергия скажем -10 если x=5x_0, 30 если x=3x_0 (некий условный барьер реакции), и -30 если x=2x_0 (когда молекулы достаточно близко, чтобы реагировать).
Так вот, главная идея в том, что присутствие некой другой (отличной от стартовой точки) стабильной (соответствующей локальному минимуму на поверхности PES) комбинации координат ядер системы, создает определенные искривления PES. У нас может быть одна впадина и вокруг сплошные высокие стены (ничего происходить не может), а могут быть два минимума, разделенных небольшим холмом.
И если что-то будет толкать молекулу в сторону уменьшения расстояния (броуновское движение, или просто колебания молекул), то она может оказаться в том состоянии, когда наибольшее уменьшение потенциальной энергии будет вести к образованию продукта.
Этот вопрос показывает потенциал научных моделей. Механизм химической реакции, на самом деле, очень не тривиален и для его изучения надо понимать целый ряд квантовомеханических аспектов.
Несмотря на это, мы можем придумать модель (теория Льюиса), которая, безусловно не будет отражать всю реальность, но ее простота позволит нам рассуждать о реакциях больших молекул даже без детального понимания что именно там происходит.
Иногда для того, чтобы продвинуться в науке надо взять побольше вещей за данность (постулат).
