《分子轨道理论》教学课件

1、双原子分子结构 第三章第1页，共27页。三 分子轨道理论 分子轨道近似 原子轨道线性组合 分子轨道的成键三原则 分子轨道的表示方法 结构化学 第三章 双原子子的结构第2页，共27页。1 分子轨道近似分子轨道理论假定分子中每个电子是在原子核形成的库仑场和其它电子形成的平均势场中运动，其运动状态可用单电子波函数分子轨道来描述。第3页，共27页。单电子Hamilton算符：在忽略电子间瞬时相互作用时，电子i受到的其它各电子的平均排斥能。因此，第4页，共27页。分子的哈密顿分子的总能量分子的波函数第5页，共27页。2 原子轨道线性组合组合所得的分子轨道数与参加组合的原子轨道数相同Linear Comb

2、ination of Atomic Orbitals（LCAO）原子轨道分子轨道第6页，共27页。a 变分函数的选择b 求解能量久期方程组久期行列式线性变分法求解薛定谔方程第7页，共27页。c 分子轨道能量d 分子轨道第8页，共27页。3 分子轨道(LCAO-MO)的基本原则 对称性匹配原则 轨道最大重叠原则 能量近似原则第9页，共27页。对称性匹配原则：只有对键轴具有相同对称性的轨道重叠才能成键。(1) 对称性匹配原则 (对称性)：对键铀呈圆柱形对称。 (对称性)：以通过键轴的对称节面呈反对称。 第10页，共27页。参与组合的AO与MO具有相同的对称性。AO同号重叠可形成BMO（或），而异号

3、重叠 则形成ANMO（*或*）。第11页，共27页。s与py轨道沿z轴方向重叠第12页，共27页。LCAOMO无效不为零的条件是原子轨道a和b对称性匹配。 第13页，共27页。原子轨道对称性匹配的原子轨道对称性不匹配的原子轨道ss、px、dx2-y2py、pz、dxy、dxz、dyzpxs 、 px、 dx2-y2py、pz、dxy、dxz、dyzpypy s、px、pz、dyz、dx2-y2、dz2pzpz、dz2s、px、py、dxy、dyz、dx2-y2dxydxys、px、pz、dyz、dxz 、dx2-y2 、dz2dyzdyzs、px 、py 、pz、dxy、dxz 、dx2-y2

4、 、dz2dx2-y2s、px、dx2-y2s、px、py、pz、dxz、dyz、dzy原子轨道线性组合的对称性条件（以x轴为键轴）第14页，共27页。(2) 轨道最大重叠原则a和b重叠越多，Sab越大，也随之越大，BMO的能量E1越低，形成的化学键越牢固。轨道最大重叠原则第15页，共27页。是否满足最大重叠原则，取决于以下因素：核间距要小，以保证轨道有着较大的空间重叠区域，使Sab尽量大。AO必须按合理的方向接近，这也就决定了共价键的方向性。第16页，共27页。(3) 能量相近原则LCAOMO变分法求解Schrdinger方程。如果不考虑重叠积分Sab的影响，则有： E1ab、E2aa当 时

5、， 第17页，共27页。两个MO还原为两个AO，不能成键。一般来说，ab6eV，对成键比较有利。能量相近原则：参与组合的AO应具有相近的能级。每一分子轨道有相应的能量，较LCAO前能量降低的为成键轨道（BMO），能量升高的为反键轨道（ANMO）。第18页，共27页。4 分子轨道的表示方法 分子轨道的类型 分子轨道的符号 分子轨道的能级顺序第19页，共27页。(1) 分子轨道的类型针对键轴或通过键轴的平面的对称性：MO对键铀呈圆柱形对称。：MO以通过键轴的对称节面呈反对称。：MO以通过键轴的两个互相垂直的 对称节面均呈反对称。针对对称中心的对称性g：中心对称。u：中心反对称。第20页，共27页。

6、(2) 分子轨道的符号MO要素：类型、成键或反键、AO的来源2s2s 2s和*2s（或g2s和u2s）2px2px 2px和*2px（或u2px和g2px）注意：型轨道是BMOg、ANMOu；而型轨道正好相反。第21页，共27页。第22页，共27页。第23页，共27页。MO的另一种表示方法：只标明轨道的类型及同类轨道的按能级排列的序号。例：1g、1u、和1u（2个）、2g（2个）、等。第24页，共27页。异核双原子分子的情形没有对称中心，不再有g、u之分。组成MO的AO属于不同种类的原子，因而常常是不同的。采用第二种表示方法：1、2、 、1（2个）、2（2个）、等。第25页，共27页。(3) 分子轨道的能级顺序Li2N2：1s*1s2s*2s2py2px2pz*2py*2px*2pzO2F2：1s*1s2s*2s2pz2py2px*2py*2px*2pz异核双原子分子：12345126第26页，共27页。三十年代，MOT不仅解决了VBT不能解决的许多问题，并且提出了“单电子键”、“三电子键”等新化学键，有效地处理多原子的键体系，解释了诱导效应、离域效应等。从三十年代到五十年代，MOT只能作近似的计算，主要是借助于半经验的方法来总结和探