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12.4


分子轨道理论
? 分子轨道的概念 ?组成分子的原子的价电子属于整个分子 ?在原子中电子在空间的运动状态称原子轨 道(原子波函数) ?分子中的电子在整个分子中的运动状态则 称为分子轨道(分子波函数) ?每个原子轨道能容纳2个自旋相反的电子 ?每个分子轨道也能容纳2个自旋相反的电子, 并有一定的能级。 ?在不违背保利原理的前提下,电子尽可能 地分占不同轨道。

r /> ?分子轨道的概念
?分子轨道是由原子轨道按某种线性组合的 方式形成的 ?有多少原子轨道参与分子轨道的形成,就 生成多少个分子轨道 ?原子轨道的线性组合(LCAO– Linear combination of atomic orbitals) Ψ1 = φ1 + φ2 Ψ2 = φ1 -φ2 ?AO可形成“成键”和“反键” (MO Bonding and antibonding MOs ) ?遵循洪特规则(Hund’s rule is followed )

Combining Atomic Orbitals

轨道线性叠加: 同相位波增强,能量降低,形成成键轨道; 反相位波减弱,能量升高,形成反键轨道。

Molecular-orbital diagrams for the diatomic molecules and ions of the first-period elements.

Molecular Orbitals of the Second Period

LCAO– Linear combination of atomic orbitals
?如A + B = AB 则所得分子的分子轨道(或 分子波函数)是原子轨道的线性组合,同 样也是薛定谔方程的解。 ψABI = CAψA + CBψB ψABII = CA’ψA + CB’ψB ?分子轨道形成三原则: ?能量相近 ?最大重叠 ?对称性匹配(即波函数的符号相同)

H2分子的成键和反键分子轨道

σ1s: 成键分子轨道,电子在两核间出现的几 率较大 σ*1s:反键分子轨道,电子在两核的左右两 侧出现几率较大,核间节面处电子云密 度等于零。

电子排布三原则:保里原理,能量最低原理, 洪特规则。

* s2p * p2p

s2p p2p
* s2s s2s

分子光谱实验数据 s, p轨道相互作用问题
Li2 Be2 B2 C2 N2 O2 F2

第二周期同核双原子分子的分子轨道能级图

O2、N2的分子结构
O O O2的分子结构 (σ1s)2(σ1s*)2(σ2s)2(σ2s*)2(σ2p)2(π2p)4 (π2p*)2(σ2p*) 电子构型 ?键级 = (成键电子数 - 反键电子数)/2 = 4/2 = 2 N N N2的分子结构 (σ1s)2(σ1s*)2(σ2s)2(σ2s*)2(σ2p)2(π2p)4 (π2p*) (σ2p*) 电子构型 ?键级 = (成键电子数 - 反键电子数)/2 = 6/2 = 3

分子或离子的稳定性顺序
?键级越大分子越稳定。可判断分子或离子 的稳定性顺序: H2、He2 、Li2 、Be2 、B2 、C2 、N2 、O2 、 F2 、Ne2 O22+、 O2+、 O2、 O2-、 O22N22+、 N2+、 N2、 N2-、 N22-

O2分子 Lewis结构式:

O2分子的顺磁性实验 O2分子表现为顺磁性 键长和键能

BON2 = (6 - 0)/2 = 3

其中对成键有贡献的是 一个σ键、2个π键。与 价键结构式完全一致。
N N

F: 1s22s22p5 BOF2 = (6 - 4)/2 = 1 其中对成键有贡献的是一 个σ键。与价键结构式完全 一致。

F

F

苯分子的结构——离域π键的概念

实验测得苯分子中6个C-C键的键长相等 各键角都等于120o

NO2分子的结构—— π33离域π键

非键轨道

Ozone的分子结构

价键理论和分子轨道理论的比较:
?价键理论将共价键看作原子之间的定域键 ?反映了原子间直接的相互作用 ?形象直观而易于与分子的几何构型相联系 ?分子轨道理论着眼于分子的整体性 ?说明的问题给以比较合理的解释 ?不如价键模型直观 ?在数学处理方面远比价键理论方便 ?目前发展较快 价键理论为基础 ?应用较广 分子轨道理论为补充


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