多原子分子分子轨道能级图.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,离子键理论,共价键,理 论,路易斯理论,现代共价键,理 论,现代价键,理 论,价键理论（,VB,法）,价层电子对,互斥理论,杂化轨道理论,化学键,理 论,分子轨道理论,（,X,）,（量子力学）,（,1927,年）,（,?,）,五 分子轨道理论,1,分子轨道理论在化学键理论中的位置,离子键理论,x 1.7,电子发生转移 形成离子,共价键理论,x 1.7,共用电子对,路易斯理论 形成稀有气体式的稳定的电子层构造,无量子力学的计算基础,当代共价键理论 有量子力学计算基础 1927 年后来,当代价键理论 电子在原子轨道中运动 电子属于原子,分子轨道理论 电子在分子轨道中运动 电子属于分子,分子轨道由原子轨道线性组合得到,V.B.法，价层电子对互斥理论，杂化轨道理论等，均属于当代价键理论。,2 理论要点,1分子轨道由原子轨道线性组合而成,分子轨道由原子轨道线性组合而成。分子轨道的数目与参加组合的原子轨道数目相等。,*,MO,反键,*,E,AO AO MO,MO,成键,+,+,H,2,中的两个,H,，,有两个,1s,，,可组合成两个分子轨道：,MO,=c,1,1,+c,2,2,，,*,MO,=c,1,1,c,2,2,+,+,When two 1s-orbitals overlap in the same region of space in such a way that their wavefunctions have the same signs in that region,their wavefunctions(red lines)interfere constructively and give rise to a region of enhanced amplitude between the two nuclei(blue line).,When two 1s-orbitals overlap in the same region of space in such a way that their wavefunctions have opposite signs,the wavefunctions interfere destructively and give rise to a region of diminished amplitude and a node between the two nuclei(blue line).,A molecular orbital energy-level diagram for the bonding and antibonding molecular orbitals that can be built from two s-orbitals.Different signs of the s-orbitals(reflecting how they are combined together to form the molecular orbital)are depicted by the different shades of blue.,The two electrons in an H,2,molecule occupy the lower-energy(bonding)molecular orbital and result in a stable molecule.,Two p-orbitals can overlap to give bonding(lower)and antibonding(upper)-orbitals.Note that the antibonding combination has a node between the two nuclei.Both orbitals have nodes passing through the nuclei,but no nodes along the axis of the bond.,Two p-orbitals can overlap side by side to give bonding(below)and antibonding(above)-orbitals.Note that the latter has a nodal plane between the two nuclei.Both orbitals have a nodal plane through the two nuclei and look like,p,-orbitals when viewed along the internuclear axis.,A typical molecular orbital energy-level diagram for the homonuclear diatomic molecules Li,2,through N,2,.Each box represents one molecular orbital and can accommodate up to two electrons.,The molecular orbital energy-level diagram for the homonuclear diatomic molecules on the right-hand side of Period 2,specifically O,2,and F,2,.,两个,s,轨道只能“头对头”组合成,分子轨道,MO,和,*,MO,。,组合成的,MO,和,*,MO,的,能量总和与原来 2 个,原子轨道,AO,（,2,个,s,轨道,）的能量总和相等。,成键轨道在核间无节面，反键轨道在核间有节面。,的能量比,AO,低，称为成键轨道，,*,比,AO,高，称为反键轨道。,当原子沿,x,轴接近时，,p,x,与,p,x,头对头组合成,和,*,。,*,+,*,p,反键,核间有节面,p,成键,轨道有通过两核连线的节面，,轨道没有。,同时,p,y,和,p,y,，,p,z,和,p,z,分别肩并肩组合成,*,，,和,*,，,分子轨道。,2线性组合三原则,a)对称性一致原则,对核间连线呈相似的对称性的轨道能够进行线性组合。除上述的 s s，p p 之外，尚有 s px 沿 x 方向的组合，两者的对称性一致。构成 分子轨道。,s p,x,+,+,d,xy,p,y,+,+,+,+,p,y,d,xy,沿,x,方向，也可以组合成有效的,分子,轨道。,b),能量相近原则,H 1s,1312 kJmol,1,Na 3s,496 kJmol,1,O 2p,1314 kJmol,1,Cl 3p,1251 kJmol,1,(,以上数据,根据,I,1,值估算）,c),最大重叠原理,在对称性一致、能量相近的基础上，原子轨道重叠越大，越,易形成分子轨道，或说共价键越强。,左面 3 个轨道能量相近，彼此间均可组合，形成分子轨道；但,Na 3 s,比左面 3 个轨道的能量高许多，不能与之组合。,事实上 Na 与 H，Cl，O 普通不形成共价键，只以离子键,相结合。,3分子轨道能级图,分子轨道的能量与构成它的原子轨道的能量有关，能量由低到高构成分子轨道能级图，（在背面，结合具体例子解说）。,4分子轨道中的电子排布,分子中的全部电子属于整个分子。电子在分子轨道中依能量由低到高的次序排布。与在原子轨道中排布同样，仍遵照能量最低原理，保里原理和洪特规则。,3,同核双原子分子,1,分子轨道能级图,同核双原子分子的分子轨道能级图分为 A 图和 B 图两种。,A 图合用于 O2，F2 分子；B 图合用于 B2，C2，N2 等分子。,2p,2p,2s,2s,2s,*,2s,1s,*,1s,MO,1s,1s,AO,AO,A,图,*,2,*,2,*,2,2,2,2,1s,1s,1s,*,1s,2s,2s,2s,*,2s,AO,2p,2p,B,图,MO,AO,*,2,*,2,*,2,2,2,2,必须注意,A,图和,B,图之间的差别。,2,电子在分子轨道中的排布,H,2,分子轨道图,分子轨道式,(,1s,),2,*,1s,1s,MO,AO AO,1s,1s,B,图,2p,2p,A,图,*,2,*,2,*,2,2,2,2,2p,2p,*,2,*,2,*,2,2,2,2,可用键级表达分子中键的个数,键级 =(成键电子数 反键电子数)/2,H2 分子中，键级 =(2 0)/2 =1 （单键）,电子填充在成键轨道中，能量比在原子轨道中低。这个能量差就是分子轨道理论中化学键的本质。,分子轨道式,(,1s,),2,(,*,1s,),2,键级,=(2,2)/2 =0,He,2,分子轨道图,AO AO,1s,1s,*,1s,1s,MO,He 2 的存在用价键理论不好解释，没有两个单电子的成对问题。但用分子轨道理论则认为有半键。这是分子轨道理论较当代价键理论的成功之处。,分子轨道式,(,1s,),2,(,*,1s,),1,键级,=(2,1)/2=1/2,半键,He,2,分子离子,由于填充满了一对成键轨道和反键轨道，故分子的能量与原子单独存在时能量相等，,键级为零。,He,之间无化学键，即,He,2,分子,不存在。,AO AO,1s,1s,*,1s,1s,MO,N,2,分子轨道图,分子轨道能级图,为,B,图,键级 =(6 0)/2 =3，,三 键 一种 键，两个 键,2p,2p,*,2,*,2,*,2,2,2,2,1s,1s,1s,*,1s,2s,2s,2s,*,2s,AO,MO,AO,或简写成,Be,2,(),2,(),2,(),2,2,2,2,分子轨道式,(,1s,),2,(*,1s,),2,(,2s,),2,(*,2s,),2,(),2,(),2,(),2,2,2,2,O,2,分子轨道图,分子轨道能级图为,A,图,每个,3,电子 键的键级为,1/2,。,键级,=(6,2)/2 =2,一种 键,两个,3,电子 键,双键,2p,2p,2s,2s,2s,*,2s,1s,*,1s,MO,1s,1s,AO,AO,*,2,*,2,*,2,2,2,2,分子轨道式,(,1s,),2,(*,1s,),2,(,2s,),2,(*,2s,),2,(),2,(),2,(,),2,(,),1,(,),1,2,2,2,*,2,*,2,或简写成,Be,2,(,),2,(,),2,(),2,(),1,(),1,2,2,2,*,2,*,2,3,分子的磁学性质,电子自旋产生磁场，分子中有不成对电子时，各单电子平行自旋，磁场加强。这时物质呈顺磁性。,顺磁性物质在外磁场中显磁性，在磁天平中增重。,N,S,加磁场,根据现代价键理论,p,x,p,x,成,键，,p,y,p,y,成,键。单电子全,部成对，形成共价键。两种理论均不能解释,氧气单质,的顺磁性。,氧气分子的路易斯电子式为 ，电子全部成对。,若分子中无成单电子时，电子自旋磁场抵消，物质显抗磁性,(逆磁性或反磁性)，体现在于外磁场作用下出现诱导磁矩，与外,磁场相排斥，故在磁天平中略减重。,这是分子轨道理论较其它理论的成功之处。,Be,2,(,),2,(,),2,(),2,(),1,(),1,，,其中,2,2,2,*,2,*,2,实验表明，氧气单质,是顺磁性的。用分子轨道理论解释，见,O,2,的分子轨道图。其,分子轨道式为,(),1,(,),1,说明轨道中,有单电子，故显顺磁性。,*,2,*,2,4 异核双原子分子,CO 异核双原子分子,CO 和 N2 是等电子,体。其分子轨道能级图与 N2 相似。值得注意的是 C,和 O 的对应的原子轨道能量并不相等。,键级 =(6 0)/2 =3,三键 一种 键，两个 键。,无单电子，显抗磁性。,同类轨道，,Z,大的能量低。,C,高，,O,高？,分子轨道式,Be,2,(,),2,(),2,(),2,2,2,2,O,MO,C,2,2,2,*,2,*,2,1s,1s,*,1s,1s,2s,2s,*,2s,2s,2p,2p,分子轨道图,*,2,与 O2，N2 等同核双原子分子及 CO 等异核双原子分子差别很大。由于 H 和 F 的原子序数不是很靠近。,分子轨道式,(1),2,(2),2,(3),2,(1),2,(2),2,3,为,成键轨道,；,4,为,反键轨道,；,1,，,2,，,1,和,2,为,非键轨道,。,HF,异核双原子分子,键级,=(2,0)/2 =1,，,HF,中有单键。,无单电子，抗磁性。,H,的,1s,和,F,的,1s,，,2s,，,2p,中哪种轨道的能量最相近？,高？低？,1s,1,2s,2,MO AO(F),分子轨道图,4,1,2,1s,2p,3,AO(H),1,，,2,，,1,和,2,均为,非键轨道,，为什么？,F 的 2py 和 2pz 与 H 的 1s 即使能量相近，但由于对称性不一致，因此 F 的 2py 和 2pz 仍然保持原子轨道的能量，对 HF 的形成不起作用。形成的非键轨道，即 1 和 2。,F 的 1s，2s 与 H 的 1s 即使对称性一致，但能量差大，不能形成有效分子轨道。因此 F 的 1s，2s 仍然保持原子轨道的能量，对 HF 的形成不起作用，亦为非键轨道。分别表达为 1和 2。,当 H 和 F 沿 x 轴靠近时，F 的 2px 和 H 的 1s 对称性相似，且能量相近 (从 F 的 I1 与 H 的 I1 相比较可得)。构成一对分子轨道，即成键分子轨道 3 和反键分子轨道 4。,