2017-03-21 14:56:33

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分子轨道可以通过相应的原子轨道线性组合而成。有几个原子轨道相组合,就形成几个分子轨道。在组合产生的分子轨道中,能量低于原子轨道的称为成键轨道;高于原子轨道的称为反键轨道;无对应的(能量相近,对称性匹配)的原子轨道直接生成的称为非键轨道

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基本信息

  • 中文名

    分子轨道

  • 外文名

    molecular oribital

  • 形成原因

    组成分子的原子轨道相互作用

  • 定    义

    分子中的电子能级

  • 分    类

    成键轨道,反键轨道,非键轨道

目录

折叠 编辑本段 简介

分子中的电子能级称为分子轨道。分子轨道式由组成分子的原子轨道相互作用形成的。

原子A及B相互作用,即可形成分子A-B中的两个分子轨道,其中一个分子轨道能量比原来的轨道要低,叫分子的成键轨道;而另一个则比原来要高,叫反键轨道。例如,两个H原子相互作用形成H2分子时,其分子轨道能级上的电子排列情况可用线性组合图来表示,其上反键轨道是空着的。

折叠 编辑本段 详解

折叠 分子运动描述

分子当中的电子在遍及整个分子范围内运动,每一个电子的运动状态都可以用一个分子波函数(或者称为分子轨道)Ψ来描述。|Ψ|^2表示了电子在空间各处出现的几率密度。

折叠 轨迹原则

原子轨道在组成分子轨道时候,必须满足下面三条原则才能有效的组成分子轨道。

(1)对称性匹配原则:两个原子轨道的对称性匹配时候它们才能够组成分子轨道。那么什么样子的原子轨道才是对称性匹配呢?可将两个原子轨道的角度分布图进行两种对称性操作,即旋转和反映操作,"旋转"是绕键轴(以x轴为键轴)旋转180度,"反映"是包含键轴的某一个平面(xy或者xz)进行反映,即是照镜子。

若操作以后它们的空间位置,形状以及波瓣符号均没有发生改变称为旋转或者反应操作对称,若有改变称为反对称。两个原子轨道"旋转""反映"两种对称性操作均为对称或者反对称就称为两者"对称性匹配"。

s和Px原子轨道轨道对于旋转以及反应两个操作均为对称;Px以及Pz原子轨道对于旋转以及反应两个操作均是反对称,所以它们都是属于对称性匹配,可以组成分子轨道,同理我们还可以得到Py与Py,Pz与Pz原子轨道也是对称性匹配。(见图3,4,5)

(2)能量近似原则:当参与组成分子轨道的原子轨道之间能量相差太大时候,不能有效的组成分子轨道。原子轨道之间的能量相差越小,组成的分子轨道成键能力越强,称为"能量近似原则"。

(3)最大重叠原则:原子轨道发生重叠时,在可能的范围内重叠程度越大,形成的成键轨道能量下降就越多,成键效果就越强,即形成的化学键越牢固,这就叫最大重叠原则。例如两个原子轨道各沿x轴方向相互接近时,由于Py和Px轨道没有重叠区域,所以不能组成分子轨道;s与s以及Px与Px之间有最大重叠区域,可以组成分子轨道;而s和Px轨道之间只要能量相近也可以组成分子轨道。

折叠 分子形成原则

当形成了分子时,原来处于分子的各个原子轨道上的电子将按照泡利不相容原理,能量最低原理,Hund规则这三个原则进入分子轨道。这点和电子填充原子轨道规则完全相同。

折叠 编辑本段 类型

价键理论当中共价键可以分为σ和π键。在分子轨道当中我们如何区别它们呢?在氢分子离子形成过程当中我们看到了由两个1s轨道形成了一个成键的σ1s轨道(形状像橄榄)和另一个反键σ1s*(形状像两个鸡蛋)。凡是分子轨道对称轴形成圆柱形对称的叫做"σ轨道"。在成键δ轨道上的电子称为"成键σ电子",它们使得分子稳定化;在反键δ*轨道上的电子称为"反键σ电子",它们使得分子有解离的倾向。由成键σ电子构成的共价键称为δ键。(见图6)同样,我们可以用参加组合的原子轨道图形,按照一定的重叠方式定性的绘出其他的分子轨道。比如沿着x轴靠近则两个px轨道将"头碰头"的组成两个σ型分子轨道,如果是py和py,pz和pz就是"肩并肩"的组合称为另一种形状的分子轨道,称为π轨道

它们有一个通过键轴与纸面垂直的对称平面,好像两个长型的冬瓜,分别置于界面的上下。成键π轨道上的电子叫做成键π电子,它们使得分子稳定。图下部反键π2p*轨道,它们能量较高,好像四个鸡蛋分别置于截面上下。反键π轨道上的电子叫做"反键π电子",它们有使得分子解离的倾向。由成键π电子构成的共价键称为"π键"

由两个p原子轨道形成的π键称为p-pπ键。除此之外,p轨道还可以和对称性的d轨道形成p-dπ键,例如px-dxz。相同对称性的d轨道之间还能形成d-dπ键,例如dzx-dzx。

我们可以看出,无论是δ型轨道还是π轨道,成键轨道中的都是电子云在两核之间的密度比较大,因此有助于两个原子的组合。在反键轨道中,电子云远离两核中间区域偏向于两核的外侧,从而使得两个原子的分离。

折叠 编辑本段 键级

键级

分子的键级等于成键电子数反键电子数再除以二。键级越大,键越稳定,键级为0的分子只有稀有气体。

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