Skip to main content
Log in

Mereology and quantum chemistry: the approximation of molecular orbital

  • Published:
Foundations of Chemistry Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Mulliken proposed an Aufbauprinzip for the molecules on the basis of molecular spectroscopy while establishing, point by point, his concept of molecular orbit. It is the concept of electronic state which becomes the lever for his attribution of electronic configurations to a molecule. In 1932, the concept of orbit was transmuted into that of the molecular orbital to integrate the probabilistic approach of Born and to achieve quantitative accuracy. On the basis of the quantum works of Hund, Wigner, Lennard-Jones and group theory, he suggested the fragment method to establish the characteristics of molecular orbital for polyatomic molecules. These developments make it possible to bring elements of thought on the relation between a molecular “whole” and its “parts”. An operational realism combined with the second law of thermodynamics can pave the way for interesting tracks in the mereological study of chemical systems.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Fig. 1

Similar content being viewed by others

Notes

  1. I have translated from B. Bensaude-Vincent, Faut-il avoir peur de la chimie?, Les empêcheurs de penser en rond éditeurs, Paris, 146 (2005). “Beaucoup plus caractéristique, à nos yeux, est la récurrence dans l’histoire de la chimie de ce duel d’interprétations des phénomènes –le mixte ou l’agrégat-. Les chimistes ont toujours été confrontés à ce choix et, suivant les époques, ils ont opté pour l’une ou l’autre interprétation ou bien tenté de concilier les deux. Mais le pluralisme des interprétations possibles ne cesse d’habiter la chimie”.

  2. I have translated from: E. Cassirer, “Substance et fonction. Éléments pour une théorie du concept”, traduction française de Pierre Caussat, Les éditions de minuit, Paris, 236–254 (1977). “C’est en apparence seulement que telle ou telle propriété se trouve alors rattachée à l’atome comme à son «support» absolu, au sein d’un ensemble qui paraît asservir et figer le tout de la relation”.

  3. I have translated: “Le bénéfice positif que la connaissance chimique y gagne consiste dans l’articulation systématique des rapports eux-mêmes. Les faits d’abord dispersés, commencent désormais à être organisés; au lieu de coexister dans l’indifférence, ils s’ordonnent autour d’un centre de référence précis”.

  4. I have translated: “Il est clair toutefois que ce «sujet» n’a pas pour seule valeur logique de pourvoir après coup à la description et à la convergence des expériences enregistrées. L’unification ainsi instituée joue un rôle immédiatement productif; elle met en place un schéma global applicable aux observations futures et leur assigne une direction déterminée”.

  5. I have translated from: J.B. Dumas (1837), “Leçons sur la philosophie chimique”, Paris, rééd. Bruxelles, Culture et civilisation (1972). “Il existe entre les chimistes actuels et les anciens chimistes quelque chose de commun; c’est la méthode. Et quelle est cette méthode, vieille comme notre science elle-même, et qui se caractérise dès son berceau? C’est la foi la plus complète dans le témoignage des sens; c’est une croyance sans borne accordée à l’expérience; c’est une aveugle soumission à la puissance des faits. Anciens ou modernes, les chimistes veulent voir avec les yeux du corps avant d’employer ceux de l’esprit: ils veulent faire des théories pour les faits, et non chercher des faits pour les théories préconçues”.

References

  • Bensaude-Vincent B.: Faut-il avoir peur de la chimie?, Les empêcheurs de penser en rond éditeurs, Paris (2005)

  • Bensaude-Vincent B.: Le mixte: un défi au tout comme somme des parties In: Le tout et les parties dans les systèmes naturels. Under the direction of Thierry Martin, Collection Philosophie des sciences, Vuibert, Paris (2007)

  • Bloch L.: Introduction à l’étude des spectres de bandes et de la constitution des molécules, Annals of the Institut Henri Poincaré, vol 319, Issue 4, Paris (1930)

  • Cartwright, N.: Nature’s Capacities and Their Measurement. Oxford University Press, Oxford (1989)

    Google Scholar 

  • Cassirer E.: Substance et fonction. Éléments pour une théorie du concept, traduction française de Pierre Caussat, pp. 236–254. Les éditions de minuit, Paris (1977)

  • Cotton, A.: Chemical Applications of Group Theory. Wiley-Interscience, New York (1971)

    Google Scholar 

  • Duhem, P.: Le mixte et la combinaison chimique. Essai sur l’évolution d’une idée, Fayard, Paris (1985)

    Google Scholar 

  • Dumas J.B. Leçons sur la philosophie chimique, Paris, rééd. Bruxelles, Culture et civilisation (1972) (1837)

  • Earley J.E.: Varieties of properties. An alternative distinction among qualities In: Earley J.E. (ed.) Chemical Explanation. Characteristics, Development, Autonomy. Annals of the New York Academy of sciences vol 988, Issue 1, pp. 80–89. The New York Academy of Science Publisher, New York (2003)

  • Earley, J.E.: Why there is no salt in the sea. Found. Chem. 7, 85–102 (2005)

    Article  Google Scholar 

  • Hacking, I.: Representing and Intervening. Cambridge University Press, Cambridge (1983)

    Google Scholar 

  • Hund, F.: Zur Deutung einiger Erscheinungen in den Molekelspektren. Zeitschrift für Physik 36, 657–674 (1926)

    Article  Google Scholar 

  • Hund F.: On the Interpretation of Molecular Spectra I, Zeitschrift für Physik 40. (1927) (Reproduced in (2000): H. Hettema, Quantum Chemistry: Classic Scientific Papers, World Scientific Publishing, 226)

  • Hund F.: Zeitschrift für Physik. 74, 1 (1932)

  • Hund F.: The History of Quantum Theory. Harrap London. Geschichte der Quantentheorie (1967), translated by Georges G. Harrap & Co. Ltd, London, 187 (1974)

  • Jean Y., Volatron F.: Les orbitales moléculaires en chimie. McGraw-Hill, Paris. (1991)

  • Klein, U.: Tools and Modes of Representation in the Laboratory Sciences. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht (2001)

    Google Scholar 

  • Langmuir, I.: The arrangement of electrons in atoms and molecules. J. Am. Chem. Soc. 41, 868–934 (1919)

    Article  Google Scholar 

  • Mulliken, R.S.: Systematic relations between electronic structure and band-spectrum structure in diatomic molecules I. Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 12, 158–162 (1926)

    Google Scholar 

  • Mulliken R.S.: The assigment of quantum numbers for electrons in molecules. I. Rev. Mod. Phys. 32, 186–189 (1928)

    Google Scholar 

  • Mulliken R.S.: Interpretation of Band Spectra, Part I, IIa, IIb. Rev. Mod. Phys. 2, 60–70 (1930)

    Google Scholar 

  • Mulliken R.S.: Interpretation of band spectra, part IIc, empirical band types. Rev. Mod. Phys. 1, 123 (1931a)

    Google Scholar 

  • Mulliken R.S.: Bonding power of electrons and theory of valence. Chem. Rev. 9, 350 (1931b)

    Google Scholar 

  • Mulliken R.S. Interpretation of band spectra, part III. Electron quantum numbers and states of molecules and their atoms. Rev. Mod. Phys. 4, 1–86 (1932a)

    Google Scholar 

  • Mulliken R.S.: Electronic structures of polyatomic molecules and valence I. Rev. Mod. Phys. 40, 55–57 (1932b)

    Google Scholar 

  • Mulliken R.S.: Electronic structures of polyatomic molecules and valence II. General consideration. Phys. Rev. 41, 49–71 (1932c)

    Google Scholar 

  • Mulliken R.S.: Electronic structures of polyatomic molecules and valence III. Quantum theory of the double bond. Rev. Mod. Phys. 41, 754 (1932d)

    Google Scholar 

  • Mulliken R.S.: Electronic structures of polyatomic molecules and valence IV. Electronic states, quantum theory of the double bond. Rev. Mod. Phys. 43, 279–280 (1933)

    Google Scholar 

  • Mulliken R. S.: Electronic structures of polyatomic molecules and valence VI. On the method of molecular orbitals. J. Chem. Phys. 3, 375 (1935)

    Google Scholar 

  • Mulliken, R.S.: Structure and ultraviolet spectra of ethylene, butadiene, and their alkyl derivatives. Rev. Mod. Phys. 14, 265–274 (1942a)

    Article  Google Scholar 

  • Mulliken, R.S.: Electronic structures and spectra of triatomic oxide molecules. Rev. Mod. Phys. 14, 204–215 (1942b)

    Article  Google Scholar 

  • Mulliken R.S.: Spectroscopy, molecular orbital and chemical bonding (Nobel lecture), Science 157 (1967)

  • Mulliken, R.S.: The path to molecular orbital. Pure Appl. Chem. 24, 203–215 (1970)

    Article  Google Scholar 

  • Murrell, J.N.: The Theory of the Electronic Spectra of Organic Molecules, pp. 270–283. Chapman and Hall, London (1963)

    Google Scholar 

  • Needham P.: Chemical substances and intensive properties. In: Earley J.E. (ed.) Chemical Explanation. Characteristics, Development, Autonomy. Annals of the New York Academy of sciences 988, 1 (2003)

  • Park B.S.: A principle written in diagrams: The Aufbau principle for molecules and its visual representations. In: Klein U. (ed.) Tools and Modes of Representation in the Laboratory Sciences. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht (2001)

  • Luisi P.L.: Emergence in chemistry: Chemistry as the embodiment of Emergence. Found. Chem. 2, 183–200 (2002)

    Google Scholar 

  • Rivail J.-L.: Eléments de chimie quantique à l’usage des chimistes. Savoirs Actuels, InterEditions/Editions CNRS, Paris (1989)

  • Scerri, E.R.: The ambiguity of reduction. HYLE 13(2), 67–81 (2007)

    Google Scholar 

  • Serres M.: Rameaux. Le Pommier, Paris (2004)

  • Stengers I.: La vie et l’artifice: visages de l’émergence In: Cosmopolitiques II, La découverte, Paris (2003)

  • Sommerfeld A.: Atomic Structure and Spectral Lines, translated by H. L. Brose, Methuen, London (1934)

  • Vemulapalli G.K.: Property reduction in chemistry. Some lessons In: Earley J.E. (ed.) Chemical Explanation. Characteristics, Development, Autonomy. Annals of the New York Academy of sciences, 988 (2003)

  • Walton, P.H.: Beginning Group Theory for Chemists, Workbooks in Chemistry. Oxford University Press, Oxford (1998)

    Google Scholar 

  • Alfred North Whitehead: Adventures of Ideas. Macmillan, New York (1967)

    Google Scholar 

Download references

Acknowledgments

I warmly thank Isabelle Stengers, Rom Harré, Eric Scerri and Michel Bitbol for their advice, their second readings of this work and above all for their deep humanism.

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to Jean-Pierre Llored.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Llored, JP. Mereology and quantum chemistry: the approximation of molecular orbital. Found Chem 12, 203–221 (2010). https://doi.org/10.1007/s10698-010-9092-7

Download citation

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s10698-010-9092-7

Keywords

Navigation