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原子轨道理论
只有对称性匹配的原子轨道才能组合成分子轨道,这称为对称性匹配原则。??? 原子轨道有s、p、d等各种类型,从它们的角度分布函数的几何图形可以看出,它们对于某些点、线、面等有着不同的空间对称性。对称性是否匹配,可根据两个原子轨道的角度分布图中波瓣的正、负号对于键轴(设为x轴)或对于含键轴的某一平面的对称性决定。例如 图9-10中的(a)、(b),进行线性组合的原子轨道分别对于x轴呈园柱形对称,均为对称性匹配;又如图 9-11(d)和(e) 中,参加组合的原子轨道分别对于xy平面呈反对称,它们也是对称性匹配的,均可组合成分子轨道;可是图9-11(f)、(g)中,参加组合的两个原子轨道对于xy平面一个呈对称而另一个呈反对称,则二者对称性不匹配,不能组合成分子轨道。
?? 图9-10 原子轨道对称性匹配成键
??? 符合对称性匹配原则的几种简单的原子轨道组合是,(对 x轴) s-s、s-px 、px-px 组成σ分子轨道;(对 xy平面)py-py 、pz-pz 组成π分子轨道。对称性匹配的两原子轨道组合成分子轨道时,因波瓣符号的异同,有两种组合方式:波瓣符号相同(即++重叠或--重叠)的两原子轨道组合成成键分子轨道;波瓣符号相反(即+-重叠)的两原子轨道组合成反键分子轨道。图9-11是对称性匹配的两个原子轨道组合成分子轨道的示意图。
对称性匹配的两个原子轨道组合成分子轨道示意图
(2)能量近似原则?
??? 在对称性匹配的原子轨道中,只有能量相近的原
(3)轨道最大重叠原则
??? 4.电子在分子轨道中的排布也遵守Pauli不相容原理、能量最低原理和Hund规则。具体排布时,应先知道分子轨道的能级顺序。目前这个顺序主要借助于分子光谱实验来确定。
??? 5.在分子轨道理论中,用键级(bond order)表示键的牢固程度。键级的定义是:键级 = (成键轨道上的电子数 - 反键轨道上的电子数)/2键级也可以是分数。一般说来,键级愈高,键愈稳定;键级为零,则表明原子不可能结合成分子。
同核双原子分子的分子轨道能级图
??? 每个分子轨道都有相应的能量,把分子中各分子轨道按能级高低顺序排列起来,可得到分子轨道能级图。现以第二周期元素形成的同核双原子分子为例予以说明。??? 在第二周期元素中,因它们各自的2s、2p轨道能量之差不同,所形成的同核双原子分子的分子轨道能级顺序有两种:一种是组成原子的2s和2p轨道的能量相差较大,在组合成分子轨道时,不会发生2s和2p轨道的相互作用,只是两原子的ss和pp轨道的线性组合,因此,由这些原子组成的同核双原子分子的分子轨道能级顺序为s*1s〈 s*1s〈 s2s〈 s*2s〈 s2px〈p2py = p2pz 〈p*2py =p*2pz〈 s*2px
图(9-12)同核双原子分子的分子轨道的两种能级顺序(a)π2p σ2p? ??(b)σ2p π2p
实例分析1:试分析氢分子离子H2+ 和He2分子能否存在。
解:氢分子离子是由1个H原子和1个H原子核组成的。因为H2+中只有1个1s电子,所以它的分子轨道式为(σ1s )1。这表明1个H原子和1个H +离子是通过1个单电子σ键结合在一起的,其键级为 。故H2+ 可以存在,但不很稳定。
实例分析2:试用MO法说明N 2分子的结构。
解:N原子的电子组态为1s22s22p5 。N2 分子中的14个电子按图[9-12(b)]的能级顺序依次填入相应的分子轨道,所以N2 分子的分子轨道式为N2 [(σ1s)2(σ*1s)2(σ2s)2(σ*2s)2(π2p y)2(π2p z)2(σ2p x)2]
实例分析3:O2分子为什么有顺磁性?其化学活泼性及键级如何?
解:O原子的电子组态为1s22s22p4 ,O2 分子中共有16个电子 。与N2分子不同,O2 分子中的电子按图[9-12(a)]所示的能级顺序依次填入相应的分子轨道,其中有14个电子填入π2p 及其以下的分子轨道中,剩下的2个电子,按 Hund规则分别填入2个简并的π*2p 轨道,且自旋平行。所以O2分子的分子轨道式为?????? O2 [ K K(σ2s )2(σ*2s )2( σ2p x)2(π2p y)2(π2pz)2(π*2p y )1(π*2p z )1 ]其中(σ2s)2 和(σ*2s )2 对成键没有贡献;(σ2p x)2 构成1个σ键;(π2p y)2的成键作用与(π*2p y )1 的反键作用不能完全抵消,且因其空间方位一致,构成1个三电子π键;(π2p z)2 与(π*2p z )1 构成另1个三电子π键。所以O2分子中有1个σ键和2个三电子π键。因 2个三电子π键中各有1个单电子,故O2有顺磁性。在每个三电子π键中,2个电子在成键轨道,1个电子在反键轨道,三电子
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