原子轨道ppt课件.ppt

1）电子具有波粒二象性，其运动服从量子力学的规律不确定原理！电子的概率分布可看作一团带负电荷的“云”，称为“电子云。电子云的形状反映了电子的运动状态！,分子轨道理论简介,量子力学是原子结构和分子结构的现代概念的基础。,1,2）波函数的物理意义量子力学认为：描述核外电子的运动状态，可用波函数表示。波函数是在原子核周围的小体积内电子出现的概率。称为原子轨道，电子云的形状可看做轨道的形状；,2,例如:1s轨道是以原子核为中心的球体，界面内电子出现总概率约为90%-95%；2s轨道也是球形对称，但较1s轨道大，且有一个“球面节”节的两侧波函数符号相反，分别用深、浅或+、-表示。（+或-不代表正电荷或负电荷）,1s轨道,3,2p轨道有3个轨道，彼此垂直，分别在x、y、z轴上，由两瓣组成，原子核在两瓣中间。每个轨道有个节面，节面两侧波函数符号相反！P345图18-2（手绘板书）3d轨道有5个轨道,1s；2s，2p；3s，3p，3d；4s，4p，4d，4f；s轨道：1个；p轨道：3个；d轨道：5个；f轨道：7个。,轨道能级：1s2s2p3s3p4s3d4p5s,4,5,原子核外电子排布规律：1）鲍里不相容原理：每个轨道最多只能容纳两个电子，且自旋相反配对。2）能量最低原理：电子尽可能占据能量最低的轨道。1s2s2p3s3p4s3）洪特规则：有几个简并轨道而无足够的电子填充时，必须在几个简并轨道逐一地各填充一个自旋平行的电子后，才能容纳第二个电子。,原子的电子构型,6,思考：C、N、O、F核外电子排布？,6,7,8,9,7,现代化学键理论是建立在量子力学基础上的。通过对氢分子共价键的讨论，通过近似计算，推广到双原子、多原子分子的价键理论。主要内容如下：1)原子的未成对电子数就是其原子的价数：两个原子的未成对而又自旋相反的电子，可偶合配对成为一个共价键。（电子配对法）,1、原子轨道理论,8,2）共价键具有饱和性：未成对电子已配对成键后不能再与其它原子的未成对电子配对成键。A+2BBABB-A-B2AAAA=A,共价键有：单键C-CC-H双键C=CC=O叁键CCCN,9,3）共价键具有方向性：,两成键轨道的电子云必须最大程度的重叠，才能使成键牢固、稳定。,电子云重叠越大，形成的键越强。,10,4）能量相近的轨道可以杂化组成能量相等的杂化轨道，其成键能力更强，体系能量也更低。例如:C原子外层有4个电子，其中2s中的1个电子跃迁到2pz轨道中，这样1个s轨道与3个p轨道（4个轨道)杂化形成4个sp3杂化轨道。sp3杂化，（2p轨道的两瓣波函数符号不同，与2s杂化时，波函数符号相同的一瓣增大，不同的一瓣缩小。）,一个sp3轨道,11,sp3杂化1个s轨道与3个p轨道杂化sp2杂化1个s轨道与2个p轨道杂化sp杂化1个s轨道与1个p轨道杂化！,12,“肩并肩”键,有机化学中参与成键的主要是s轨道和p轨道。,13,3.分子轨道理论是量子力学处理氢分子共价键的方法，推广到复杂分子的另一个价键理论。主要内容如下：1）分子中电子的各种运动状态即分子轨道：用波函数表示。波函数可用原子轨道线性组合法近似求得。,14,例如:氢分子轨道波函数可用下式表示：1=1+22=1-2（2个原子轨道1，2）（2个分子轨道1、2）1轨道在核间的电子云密度较大，该轨道称为成键轨道；2轨道在核间的电子云密度很小，该轨道称为反键轨道。,分子轨道数目与原子轨道数目相等；n个原子轨道组合产生n个分子轨道。,2分子轨道的电子云密度分布,15,1成键轨道中的电子云密度，从外向内，逐渐增大，因此2数值增大。（两核间电子云密度高，对核有吸引力，接近后能量降低）2反键轨道在中间有一节面，节面两侧波函数符号相反，节面上的电子云密度2=0。（两核间电子云很少，两核排斥，能量增加）,从分子轨道电子云密度分布图看（等密度线表示）,（如图，p14邢其毅）,分子轨道理论认为：电子从原子轨道进入成键轨道，形成化学键，体系能量降低，从而形成稳定的分子。,16,原子轨道组成分子轨道须具备条件（3个）：,1）能量相近两个原子轨道的能量相近才能有效成键2）两个原子轨道电子云最大重叠两个原子轨道须具有一定方向，以保证重叠最大、最有效，成键最强。3）对称性相同两个原子轨道在重叠区域的波函数符号要完全相同，才能有效成键,17,成键轨道与反键轨道对于键轴均呈圆柱形对称，因此称为键。p349成键轨道用表示，反键轨道用x表示例：氢分子轨道：1s、1sx,18,分子轨道对称性与协同反应的关系解释双烯环化反应的机理,1965年Woodward和Hoffmann提出“分子轨道对称守恒”原理。中心思想为：协同反应的进程是受分子轨道对称性控制的，由分子轨道对称性可以判断反应能否进行，按什么方式进行，以及反应中的立体化学问题。,分子轨道理论的应用,19,例：p3501,3-丁二烯与乙烯合成环己烯的反应（图18-71,3-丁二烯的和*轨道图p349）1,3-丁二烯有4个分子轨道：1、2、3、4基态时四个电子分别占有1、2，2称为最高占有轨道以HOMO表示3称为最低空轨道以LUMO表示乙烯有2个分子轨道：轨道（HOMO）和*轨道（LUMO