化学竞赛之分子轨道理论课件.ppt

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1、分子轨道理论于是新的理论又诞生了！这里只作简单介绍。●O2有磁矩，为2.62×10-23A·m2●存在和物种键长/pm键能/kJ·mol-1106268108299问题的提出一、何谓分子轨道理论？把原子电子层结构的主要概念推广到分子体系而形成的一种分子结构的理论。分子轨道与原子轨道的不同点在于：原子轨道只有一个中心，而分子轨道一般是多中心的。原子轨道可以用s、p、d、f表示，则分子轨道一般用σ、π等表示轨道。分子轨道与原子轨道的相同点在于：分子轨道理论描述电子在分子中的状态时与原子结构理论相似：即电子按照一定的原理(泡利原理、能量最低原理和洪特规则)分布在若干个分子

2、轨道内。二、分子轨道的构成原子1原子2新分子+分子轨道由原子轨道线性组合而成;有几个原子轨道，组合后得到几个分子轨道。形成过程：当原子相互靠近时，原子轨道必然会因相互干扰效应而发生深刻的变化，从而形成新的所谓的分子轨道，电子就在遍布于整个分子的分子轨道内运动，其受到每个核的吸引。三、成键轨道和反键轨道1、当原子轨道重叠程度大，电子在两核间的几率密度增大，电子获得了附加的稳定性，分子能量降低。通过这样形成的分子轨道称为成键分子轨道。+A+BAB+（纵坐标为电子云密度，横坐标为离原子核的距离）+2、在成键轨道形成的同时，还形成一个反键轨道。如下图+A-B+A+-B这样的

3、分子轨道，电子在两核间出现的几率密度小，甚至为零，其能量高于相应的原子轨道，不利于成键，故称为反键轨道。（注：不管是成键轨道还是反键轨道，每个轨道容纳的电子数为2，这和原子轨道是相同的。）三、成键轨道和反键轨道四、分子轨道的表示1、2px成键σ轨道和反键σ*轨道的形成+-a+-b+ab+--+-a+-b---++-abb原子的2px轨道成键σ2px轨道成键σ*2px轨道b原子的2px轨道a原子的2px轨道a原子的2px轨道沿坐标轴形成的成键分子轨道叫σ轨道，反键轨道用σ*表示，“肩并肩”形成的分子轨道叫π轨道，反键轨道用π*表示。以2p成键轨道为例2、以2py为例说

4、明成键π轨道与反键π*轨道的形成2pY2pY+-+-ab++-ab+-a+-b-ab++--2pY2pY成键π2p轨道反键π*2p轨道注：P轨道的三个小轨道因为它们相互垂直，当一个形成σ轨道时，另两个形成π轨道。四、分子轨道的表示五、分子轨道能级和轨道中电子排布1~7号元素原子组成同核双原子分子时分子轨道能级顺序：σ1s<<σ1s*<σ2s<σ2s*<π2py=π2pz<σ2px<π2py*=π2pz*<σ2px*8~10号元素原子组成同核双原子分子时分子轨道能级顺序：σ1s<σ1s*<σ2s<σ2s*<σ2px<π2py=π2pz<π2py*=π2pz*<σ2px

5、*以O2为例具体说明：O2的分子轨道能级图O2的电子构造图2P2P2S2S1S1S(氧原子1)(氧原子2)σ2p*σ1sσ1s*σ2sσ2s*σ2pσ2p*π2pπ2p*σ1sσ1s*σ2sσ2s*σ2pπ2pπ2p*O2分子的形成过程：2O（1s22s22p4)O2[KK(σ2S)2(σ2s*)2(σ2p)2(π2p)4(π2p*)2]（KK表示k层全充满）六、分子的磁性如果一种物质中的电子都已配对，电子自旋所产生的磁场相互抵消，物质净磁场为零。若将这样的物质放在外磁场中，在外磁场的诱导下，就会产生一个对着外磁场的磁矩，把部分外磁力线推开，这样的物质称为抗磁性物质

6、，如F2。若物质本身能产生很强的磁场，未成对电子自旋的磁矩自发的排列整齐，磁性也不会很快消失，这样的物质称为铁磁性物质，如四氧化三铁。当一种物质中有未成对电子时，则它的净磁场不为零。当这种磁性太小，电子不会自发地排列，只有在强有力的外磁场中，电子自旋的磁矩才可排列整齐，物质被微弱磁化，把这种在磁场中能顺着磁场方向产生一个磁矩的物质称为顺磁性物质，如O2。顺磁性物质所产生的磁矩大小，可以实验间接测定，也可以按下式计算μm=√n（n+2）问题：1、N2为顺磁性物质还是抗磁性物质？2、根据上式计算O2的磁矩。七、键级分子中成键电子数与反键电子数之差（即净成键电子数）的一半

7、就是分子的键级如O2的键级=−（6-2）=212键级的大小表示两个相邻原子成键的强度，键级越大，键越稳定。问题：1、计算F2的键级2、键级与键长和键能有何关系？八、分子轨道形成的原则分子轨道的形成应遵循三个原则：1、对成性原则，即原子轨道波函数的正值部分与正值部分重叠，负值部分与负值部分重叠才可成键；2、最大重叠原则，轨道重叠越多，键越稳定；3、能量近似原则，即只有能量相近的原子轨道才可组合成有效的分子轨道。