8.4.1 分子轨道理论在线视频

同学你好

今天这一节的知识点是

分子轨道理论

我们都知道价键理论虽然很好

解释了一些小分子的形成过程

但是价键理论过分强调了

电子之间的配对概念

所以他在解释一些分子的行程

你比如说氧二离子哈尔离子的形成过程

以及氧气分子的顺磁性的问题的时候

那么它出现了局限性

那么在1931年

美国的化学家

穆迪肯提出了分子轨道理论

分子轨道理论的出发点

是认为电子不再局限于某两个原子之间

而是整个分子所共有

分子轨道理论在解释分子结构的问题当中

得到了广泛的应用

下面我们就介绍一下分子轨道理论

分子轨道它是由

原子轨道的线性组合得来的

第二点组合的分支

轨道的数目

与参与形成分子轨道的

原子轨道的数目相等

那么也就是说有几个

原子轨道进行线性组合

就会得到几个分子轨道

第三点

分子轨道的能量

比原子轨道的能量低的分子

我们把它叫做成键的分子轨道

那么如果说能量比

原来原子轨道高的这样的分子轨道

我们把它叫做反舰分子轨道

我们举个例子

你比如说氢分子的形成过程

它是两个氢原子的S轨道进行线性组合

那么组合的时候

一种组合方式是相加的方式

一种组合方式是相减的方式

我们来分别看一下

两个氢原子的S轨道和组合成的分子轨道

的示意图

我们看一下

如果是两个S轨道

按照相加的方式进行线性组合

组合成的分子轨道就是这个形状的

那么这个分子轨道的能量

要比原子轨道的能量低

为什么

因为在成键的分子轨道

在两个原子核之间

它会出现一个电子

出现概率密度非常大的区域

如果另外一种方式是相减的方式

我们看到得到的分子轨道

是这样一个这个形状

那么这个形状在两个原子核之间

电子是不出现的

这种情况下

两个原子核之间的斥力较大

所以这种分子轨道的能量

要高于原子轨道的能量

我们把它叫做反键分子轨道

那么我们经常用这种轨道能级图

来表示分子轨道的形成过程

一个ES这有一个1S

那么形成一个能量低的成键分子轨道

和一个能量高的反键分子轨道

总结一下

那么形成分子轨道需要什么条件

第一个条件我们把它叫做能量相近原则

那么也就是说在形成分子轨道的时候

只有能量相近的原子轨道之间组合

才可能形成分子轨道

而且原子轨道的能量相差越小

所形成的分子轨道的能量

降低是越多的

第二条叫做轨道最大重叠原则

形成分子轨道的时候

原子轨道之间的对称重叠部分越大

那么所形成的分子轨道的能量

降低的是越多的

这种情况下

整个分子的能量低

对于形成分子是非常有利的

第三条叫做对称性原则

我给大家解释一下

这一页是S轨道和P轨道

和两个P轨道之间的重叠方式

我们看看什么叫做对称性匹配的原则

S轨道和P轨道重叠的时候

那么S轨道这个函数

是正的部分和P轨道

正的部分如果发生重叠的话

也就是我们说的正和正之间重叠

所形成的分子轨道的形状就是这种形状

那么这个形状

它是一个能量比较低的分子轨道

我们把它叫做成键分子轨道

那么如果重叠部分发生在S轨道正的部分

和P轨道付的部分之间重叠

重叠得到的分子轨道就是这个形状

那么这个形状的重叠方式

它的能量是升高的

我们把它叫做反舰分子轨道

所以从形成分子的角度来说

如果是S和P轨道之间重叠

它倾向于正和正之间的冲击

下面我们再来看看P轨道

和P轨道之间的重叠

那么两个P之间正和正重叠

或者说复和复之间重叠

它所形成的分子轨道是能量降低的成见

分子轨道如果发生在正和负之间重叠

形成的是这种能量比较高的反键分子轨道

这两种重叠方式也就说

正和负之间重叠

会导致两个原子核之间

电子出现的概率密度减小

那么电子出现的概率密度减小

对于形成分子来说

它是一种不稳定的状态

所以导致分子轨道的能量升高

这个图也是两个P轨道之间的重叠方式

那么这个重叠方式和刚才是不一样的

我们看到这种重叠方式

它可以发生在正和正负和负之间

这种重叠

也是一种对称性匹配的重叠方式形成的

是这样一个成键分子轨道

那么如果发生在正和负副和正之间重叠的话

形成的就是这种分子轨道

它也是能量升高的

那么很明显这种重叠方式

那么要比这种总结方式

更有利于分子的形成过程

那么原子轨道重叠以后

形成分子轨道

对于分子轨道来说

我们可以通过计算

以及通过作图

可以得到每个分子轨道的图像

以及相应的分子轨道的能级

根据分子轨道形成过程当中

原子轨道的重叠方式的不同分子轨道

可以分为Σ分子轨道和π分子轨道

那么Σ分子轨道相当于我们刚才

举例的头碰头式的重叠方式所形成的

那么π轨道相当于是

肩并肩的方式形成的分子轨道

原子轨道的能量决定了

它组合以后的分子轨道的能量

所以如果形成分子轨道的

原子轨道的能量越低

那么所对应的分子轨道能量也是越低的

下面我们看看分子轨道的应用

举例应用分子轨道理论

我们可以解释分子的一些性质问题

那么对于分子轨道来说

原子轨道里面所有的电子

在分子轨道里面是一个重新的天空过程

在天冲的过程当中

它同样遵循的是能量最低

原理炮令的不相容原理和洪特规则

根据电子在分子轨道里面的填充情况

我们可以计算一个渐急渐积等于什么

等于成键轨道当中的电子数

减去反键轨道当中天冲的电子数除以二

也就是说我们通常说的

叫做静成键电子数除以二

那么这个键级计算出来以后有什么用

键级的大小可以反映分子的稳定性的大小

一个分子如果它的舰级越大

那么它所对应的分子的稳定性是越高的

对于第二周期同和双原子分子

他们的分子轨道的能级图主要有两种类型

其中一种类型是氧气分子和氟分子

他们采取的分子轨道的能级图

还有一种类型是从锂分子一直到氮分子

它们的分子轨道能级我们分别来看一下

这两个图分别是氧分子

和氟分子的分子轨道能级图

和锂分子到氮分子的分离轨道能级图

我们观察一下这两个能级图的差别在于

前面的1S和2S轨道

它的分子轨道能级都是一样的

区别在于2P轨道

三个2P轨道和另外一个原则

三个2P轨道所形成的六个分子轨道的

能级顺序是有差别的

对于氧分子和氟分子

那么能量最低的是Σ

2P也就是我们说两个2P轨道

头碰头似的重叠形成的Σ分子轨道

然后是两个肽2P轨道

然后是两个π2P的反键轨道

能量最高的是Σ2P的反潜轨道

我们再来看看锂到氮分子

那么它能量最低的是两个π

RP的分子轨道

然后是Σ2P然后是πP反键轨道

和Σ2P反键轨道

所以它的能量差别就是在

2P轨道所形成的分子轨道的能级顺序

是不一样的

那么我们先来看看氧气分子

氧气分子我们知道

有两个氧原子所构成的每个氧原子

有八个电子

那么对于氧气分子来说

就有16个电子

16个电子在氧气分子轨道

能级里面的添充

我们来看一下

那么ΣES有两个电子反键轨道

两个电子

Σ2S两个

电子Σ2S花心有两个电子

Σ2P有两个电子

12345加起来就有了十个垫子

还剩下六个电子

这六个电子的填充在π2P

两个轨道上各添两个

那么就是四个电子

还剩两个电子

那么按照洪特规则就在πP的反键轨道上

一个轨道上贴一个

所以这样的话对于氧气分子来说

它就有两个单电子也就解释了

氧气分子的顺磁性的问题

我们可以计算一下氧气分子的键级

我们算一下氧气分子键级

我们叫竞成键电子数除以二

所以下面这些我们可以不考虑

她的竟成键电子数就应该是

两个两个两个再减去这两个

所以再除以二的话

应该是6-2÷2应该等于是2

我们再来看看

氮气分子的电子填充情况

每个氮原子是

七个电子氮分子就是14个电子

那么它的填充ΣES2个

ΣES花心两个

两个

两个

那么也就是说已经

1234我们填了八个电子

还有六个电子六个电子填充π

RP个天两个

那么它还有两个电子

肯定是贴到Σ2P上

所以对于氮气分子来说

它的竟成电电子数

应该是2+2+2再除以二

所以它的键极计算出来是三

那么它的键极是三

氧气分子是二

所以从分子的稳定性来说

氮气分子要强于氧气分子

这就是我们刚才讲的

氧气分子的电子填充情况

那么氧气分子里面有一个

σ健和两个三电子的π件

他的键极是二

它是一个瞬时性的物质

这是氮气分子的电子填充情况

然后分子当中有一个σ健和两个π件

他分子的键极是三

它是反磁性的物质

以上就是我们今天

这一小节的知识点