当前课程知识点：大学化学 > 第四章 分子结构与化学键理论 > 4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图 > Video
同学们好
下边我们继续
分子轨道理论的学习
通过上一节课
我们了解了
分子轨道理论
它的构建的历史
和它的理论的要点
我们知道了
分子轨道实际上
也是由我们已知的
原子轨道所构建而成的
同时
在分子轨道当中
电子的排布状态
也会遵循原子轨道当中
电子的排布的规律
那么下边我们来看一下
分子轨道的能级图的建立
为了简单起见
我们在这里只讨论
第二周期
同核双原子分子的
分子轨道能级
我们会发现
通过原子轨道的组合
在我们的分子轨道当中
会形成相应的
成键和反键轨道
成键轨道这当中相应的
分子轨道能量会降低
而反键轨道呢
相应的原子轨道的能量
会升高
所以
形成的新的分子轨道当中
能量升高的部分
我们称为反键轨道
能量降低的部分呢
我们称为成键轨道
整个的分子轨道
它的能级排列的方式
是由低到高的排列
也是由我们的成键、反键
成键、反键
这样的排列方式
但是对于第二周期的
元素来讲
这种同核双原子分子
所形成的分子轨道
它们的由低到高的
这样的排列次序呢
由于它们的s轨道和p轨道
两者之间的
能量的差异的不同
会出现它们在
2p轨道相互叠加
形成分子轨道时
轨道排列的次序
会发生明显的不同
比如说
对于F2和O2
这样的双原子分子
由于它们的
s轨道和p轨道
彼此的能量相差较大
所以
在发生原子轨道叠加的时候
2s和2p轨道
不会产生相互之间的影响
所以这时候我们可以看到
2s轨道分别形成一个
成键的σ2s分子轨道
和一个反键的σ2s*轨道
而2p呢
分别形成σ2px成键轨道
和π2py和π2pz成键轨道
其次就是π2py*的反键轨道
和π2pz*的反键轨道
以及能量更高的
σ2px*的反键轨道
而对于N2、B2和C2
它们所形成的
同核的双原子分子
由于它们的
2s和2p轨道的能量相近
所以在形成分子轨道的时候
2s和2p轨道相互之间
会产生相互的影响
那么影响的结果
就会使2s形成的成键
和反键的σ2s和σ2s*
轨道的顺序没有变化
但是
我们的π成键和σ成键
与π*反键和
σ*反键轨道的次序
却发现了交错
这当中
能量最低的是π2py
和π2pz的成键轨道
其次呢
是σ2px的成键轨道
然后是π2py*反键
和π2pz*反键轨道
最后是能量最高的
σ2px*反键轨道
如果我们针对
这个特殊的部分
来加以区分的话
我们就发现
在这个过程当中
主要产生交错的
就是我们的成键轨道的
它的前后次序的交错
对于我们π2p与σ2p之间的
这样一个能级的状态
如果处在
我们的s轨道与p轨道
之间能差较大的时候
那么这时候显然是
我们的π的成键轨道的能量呢
要比σ成键轨道的能量
要来得高
能量越高就意味着
电子在填充的时候
它的顺序会越靠后
这和我们前面在原子轨道当中
所了解的电子填充
在不同的原子轨道当中的顺序
是完全一致的
而对于B2、C2、N2这样的
2s和2p轨道能量相差较少的
同核双原子分子的形成过程
它们的分子轨道
是当原子轨道相互靠近的时候
不仅会发生s和s
p和p的重叠
同时还会发生
s和p的重叠
这时候它们的分子轨道的
能级次序呢
就会发生改变
原来成键的σ轨道的能量
会比π轨道的能量要来得低
而这时候呢发生了逆转
与F2和O2不同的是
这时候
能量较低的分子轨道
是π成键轨道
而σ成键轨道的能量
却变成了
一个高能量的状态
所以
电子在排入这样的
分子轨道的时候呢
它的排入的次序也会发生
相应的改变
与电子在原子轨道当中的
排列规则相同
在分子轨道当中
电子的排布
仍然遵循我们原子轨道当中的
最低能量原理
泡利不相容原理
和洪特规则
同时
在我们用分子轨道理论
来研究我们的
共价结构的时候
我们还要考虑一个
新的物理参数
键级
键级是指
在共价键的分子当中
我们不再从单键、双键
或三键这样的角度
来考虑共价键分子之间的
作用强度
而是通过键级来直接考虑
共价键分子的强弱
键级呢 它的具体的计算方法
是把成键轨道当中的
电子数减掉
反键轨道当中的电子数
然后再除以2
就是键级的代数值
键级 它的代数值计算出来
我们就可以用键级的大小
来判断共价键的牢固程度
也就是共价键的强弱
一般来讲
键级越大
共价键呢 就会越牢固
分子呢 就越稳定
这个方法比我们前面
在共价键理论里面
通过数共价键的数量
以及我们的形成共价键的
中心原子之间的距离
来考察我们的分子的稳定性
共价键的强度就来得
更简洁更方便
同时
键级为零这样的分子呢
是不可能存在的
同时还要跟大家介绍
一个新的物理参数
叫分子的磁矩
通常我们用μM来表示
分子磁矩我们可以从
唯自旋理论公式
来加以计算
这个公式呢详细地表达
是这样一个数学的方程
这里呢μ0是玻尔磁子
这是一个常数的参量
我们要提醒大家的是n
它是指分子当中
成单的电子数
注意这点非常关键
因为
如果分子当中
有成单的没有配对的电子
这时候n才能够不等于零
所以
才会有我们的分子磁矩
如果分子当中
没有成单的电子
那么这时候n等于零
所以我们的分子磁矩呢
也会等于零
分子磁矩如果不等于零
有成单的电子的时候
这时候分子呢
就是顺磁性的分子
它在磁场当中
会受到磁场的吸引
如果分子磁矩等于零
这时候就意味着
分子结构当中
没有成单电子
那么分子是属于反磁性分子
它在磁场当中
就不会受到我们的磁场的作用
我们来看
H2分子的结构
是一个典型的
同核双原子的分子结构
由于组成这样的
同核双原子的分子
这当中的每一个氢
核外只有唯一的一个电子
所以当它们相互靠近
形成分子轨道的时候
这时候
分子轨道会依次从
σ1s的成键到σ1s*的反键
σ2s的成键 σ2s*的反键
依次这样排列
由于我们刚才讲了
氢原子核外
只有唯一的价电子
所以
两个同核氢原子配对的时候
它们各自的价电子会优先
充入到能量最低的
σ1s成键轨道当中
形成稳定的配对电子
那么这时候
我们的整个的
同核双原子分子当中
只有唯一的一对
成键轨道上的电子
H2分子这样的
同核双原子分子呢
它的结构简单
同时也是非常稳定的
一个化学结构
那么从这里
我们可以看出来
它的稳定的原因
这样的一个处在
成键轨道上的电子
而反键轨道上
没有电子的结构
是H2分子稳定的
一个重要的原因
同时还有两个
成键轨道的电子
那么它的键级是多少呢
根据刚才我们的计算公式
我们就会知道
2减去0再除以2
键级为1
所以H2分子是一个
稳定存在的分子
键级为1
而我们的
稀有气体元素当中的氦
在氦的原子核外
有两个价电子
如我们按照刚才的
同核双原子分子的
组成规则
我们使氦原子组成分子轨道
然后使氦原子核外的价电子呢
依次填充到这样的
分子轨道当中
按照我们的最低能量原理
开始填充的话
那么
两个氦原子所分别具有的
两个价电子
将依次组成
成键轨道当中的电子对
和反键轨道当中的电子对
这时候
它的键级是多少呢
刚才我们讲到
同核的双原子He2分子
这个分子
当然是打引号的分子
虽然含有4个电子
但是由于这4个电子
它们分别分布在
成键的轨道
和反键的轨道当中
而且
成键和反键轨道当中的
电子数目相同
依据键级的计算公式
我们会发现
这样所谓的He2分子的
键级呢 为零
而根据键级的定义
我们就会知道
键级为零的分子
是不能够稳定存在的
所以这也就帮我们解释了
为什么稀有气体元素
它们不可能形成
双原子的分子
原因
就是分子轨道理论告诉我们的
键级为零
所以这样的分子
是不能够稳定存在的
我们来看一个卤素的分子
F2
F2的核外会有18个电子
18个电子
在它们形成分子轨道时
这样的同核双原子分子
会占据多个
成键和反键轨道
但是前面我们说了
由于F
它的2p和2s轨道
它们的能量相差较大
所以在形成分子轨道的时候
它们只有s和s轨道的重叠
p轨道与p轨道的重叠
而不会发生
s和p轨道之间的交叠
所以它们是第一种
轨道的组合类型
那么这时候呢 18个电子
会依次的填充到
成键、反键
成键、反键
成键、成键
反键轨道当中
所以
每个F原子的9个电子
最后它们会通过
这样的一种组合的方式
来形成稳定的分子轨道
当然尽管
两个同核的这样的F原子
组成了一个
双原子的F2分子
它的键级
它的稳定性
又会是怎么样呢
我们可以看到
按照键级的公式
我们来计算
在成键与反键
成键与反键
这样的1s和2s的
分子轨道当中
它们已经完全抵消了
而在2p的分子轨道当中
我们发现成键轨道当中
有6个电子
反键轨道当中
有4个电子
6减4再除以2
所以
F2分子的键级也是1
不仅F2分子能够存在
而且可以稳定的存在
它的键级呢
和前面我们讨论的H2分子
处在同一个量级
接下来
我们来看一下O2分子
关于O2分子的结构和性质
一直在吸引着我们
从共价键理论
到杂化轨道理论
一直到价层电子对互斥理论
我们都没有很好地找到
O2分子是顺磁性的
这样一个实验结果的
理论证据
我们如果按照分子轨道理论
来解析
组成O2分子的这样一个
同核双原子分子
它的分子轨道当中
价电子的排列规律
我们依照前面已经了解的
原子轨道的
电子填充的三个基本原则
我们依次可以发现
在两个O原子所组成的
O2分子当中
分子轨道当中
O的价电子的填充次律
依次遵循我们的
成键、反键
成键、反键
我们的2p轨道
它的分子轨道的
成键与反键的排列次序
由于O的2p和2s轨道
能级相差较大
它们依然遵循p与p重叠
s与s轨道重叠的规则
这一点与前面的F2分子
是完全一致的
所不同的是
这时候
在2p分子轨道当中
我们会发现
成键的轨道当中
填入了6个电子
而反键的2p轨道当中
这时候各填入了1个电子
而且相关的电子呢是处在
成单自旋方向相同的状态
从前面的
唯自旋理论的计算公式
我们可以了解
在分子结构当中
如果存在着成单的电子
那么这样的分子
就具有了顺磁性
而通过前边
我们在研究八隅体理论
以及共价理论
还有包括杂化轨道理论
和价层电子对互斥理论
所描述的O2分子的结构当中
我们都很难找到O2分子当中
具有成单电子这样的
实验证据
而只有分子轨道理论呢
才使我们第一次真正看到了
在它的分子轨道当中
在它的π的反键轨道当中
确实存在着自旋方向相同
而且是成单的电子
从而为我们的
O2分子具有顺磁性
找到了理论的依据
同时
这16个电子
我们把成键、反键
成键、反键相互抵消
仅仅在2p分子轨道当中
我们发现了
成键当中有6个电子
反键轨道当中有2个电子
6减2再除以2
所以O2分子的键级为2
更重要的是
我们终于在这当中
找到了成单电子的
理论依据
所以分子轨道理论
帮我们完美地解析了
O2分子具有顺磁性
这样一个很久以来
困扰人们的实验的难题
所以分子轨道理论
可以为我们解析许多
在其它理论当中
没有办法找到完美答案的
复杂的特殊结构
而分子轨道理论呢
也为我们研究
这些特殊结构
所具有的物理性质
提供了方便的途径
有关这部分的例子还有很多
同学们课后可以
参考有关的资料
对这部分的概念呢加深理解
总结一下
在第二周期
同核双原子分子
所形成的这样的结构当中
它的电子的排布的状态
主要是这样的一种规则
同时它们的键级呢
根据相关的这样的计算规则呢
我们可以发现
比如说像铍
就不可能形成双原子分子
刚才我们还跟大家一起讨论了
我们的氦
不可以形成双原子分子
在第二周期当中氖也是同样
不可能形成双原子分子的
同时键级的不同
它们的键长
以及键能
也有相应的变化
主要跟大家这里要
阐明的一点就是
KK是代表着分子轨道当中
价层以内的电子层的结构
对于第二周期的结构来讲
KK就是代表着我们的1s层
也就是
主量子数为1的能级的
电子的排布的状态
而在我们的主量子数
n等于1的
这样一个层内
我们用KK来代表
它的电子的排布状态
用这样的符号就类似于
我们在原子轨道理论当中
用原子实的符号
来表示的原子轨道的
电子排布式
和我们的轨道表示式
这样可以大大的简化
我们的电子结构的排列的长度
可以使我们更有目的的
来研究价电子的构型
因为价电子
是影响我们分子构型和
分子的物理化学性质的
最关键的因素
如果我们研究的元素
不是第二周期
而是变成第三周期的话
那么
我们这样的表示方法呢
还可以从KK表示从LL
那么那样的取值方法呢
也可以参考我们原来
在主量子数
与能层取值规则当中
有关的内容
好 因为时间关系呢
这节课
我们就介绍到这儿
下节课我们将继续讨论
分子轨道理论
在实际分子结构
以及分子性能方面
研究应用的实例
-1.1 不一样的大学化学
--Video
-1.2 化学体系的建立
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-1.3 应该了解的化学
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-1.4 课程学习的必要准备
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-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
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-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
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-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
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-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
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-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
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-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
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-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
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-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
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-4.1 离子键理论—离子键价键构型
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-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
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-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
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-4.2 共价键理论—现代价键理论
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-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
--Video
-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
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-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
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-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
--Video
-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
--Video
-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
--Video
-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
--Video
-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
--Video
-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
--Video
-生命化学概论-糖
--Video
-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
--Video
-生命化学概论-药物
--Video
-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
--Video
-纳米科学与化学-微观结构与仿生
--Video
-纳米科学与化学-纳米结构的观察
--Video
-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
--Video
-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
--Video
-化学与材料-正渗透与水处理技术
--Video
-化学与材料-相变材料（一）
--Video
-化学与材料-相变材料（二）
--Video
-化学与材料-范德华力与二维材料
--Video
-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
