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分子轨道理论
分子轨道理论(MO理论)
1932年美国科学家莫立根(Mulliken)洪特(Humd)等人先后提出了分子轨道理论(MolecularOrbitalTheory)
一.理论要点:
1、分子轨道理论的基本观点是把分子看作一个整体,其中电子不再从属于某一个原子而是在整个分子的势场范围内运动。分子中每个电子的运动状态也可用相应的波函数来描述。
2、分子轨道是由分子中原子的原子轨道线性组合而成,简称LCAO。组合形成的分子轨道数目与组合前的原子轨道数目相等。
3、原子轨道线性组合成分子轨道后,每一个分子轨道都有一相应的能量,分子轨道中能量高于原来的原子轨道者称为反键轨道,能量低于原来的原子轨道者称为成键轨道。
4、分子轨道中的电子的排布原则:保里不相容、能量最低、洪特规则。
5、根据分子轨道的对称性不同,可分为σ键和π键。
只有能级相近的AO才能有效地组成MO。
一般双原子分子
(Ea-E)(Eb-E)-2=0
E2-(Ea+Eb)E+EaEb-2=0
能量相近原则
>0
∵U>0∴E1<Ea<Eb<E2
分子轨道的成键能力取决于U的数值,U越大,LCAO→MO时能量降低得越多,E1成键能力越强。
两个AO形成两个MO时,AO能级差越小,形成的MO能级分裂越大,电子转移到低能量的成键MO后越有利。反之,AO能级差越大,形成的MO能级分裂越小,电子转移到低能量的成键MO后能量下降越不明显.
在低能量的成键MO中,低能量的AO组份较多;在高能量的反键MO中,高能量的AO组份较多。
H2+中,U=∣β∣,
一般双原子分子中,键合的结果决定于U,
Eb–Ea和β的相对大小。
若Eb-Ea∣β∣,两AO能量相差大,
则:U≈0
E1≈Ea
E2≈Eb
EMO≈EAO,不成键。
若Eb≈Ea,β在成键中起重要作用。
(同核双原子βmax)
当两AO能量相近时,可以有效的组成MO,成键的强弱取决于交换积分∣β∣,∣β∣越大,键越强(成键轨道相对于AO能量降得越多)。
β=EHSab+K
=EHSab+(1/R)Sab-∫ΨaΨb/radτ
β的大小与重迭积分Sab有关,
Sab越大,(轨道重迭程度越大)
∣β∣越大,键越强。
AO最大重迭原则
H2+的Sab=0.6(最大的S)
HF的﹤1SH∣2PF﹥=0.30,(一般较小)
共价键有方向性,即由最大重迭原理决定。
原子轨道重迭时必须有相同的符号
AOs------球对称
px------x轴对称
dz2---------z轴对称
有不同的空间对称性。
若对称性不同,则互相抵削,不能成键。
对称性匹配原则
s,px沿y轴重迭,β=0,LCAO无效,对称性不允许.
s,px沿x轴重迭,Sab0,|β|增大,对称性允许.
Sab0,对称性匹配,
是MO形成的首要条件,决定能否成键。
其它两条件解决效率问题。
只有对称性相同的AO才能组成MO。
对称性允许+++相长
+--
对称性不允许-+-相消
--+
轨道对称性匹配图解
若取键轴为z轴,则LCAO-MO中对称匹配和对称不匹配的AO组合如下表:
轨道重叠与共价键的方向性有密切关系.例如,环丙烷中C采取sp3杂化,应以109.5o重叠成键,而键角只有60o.所以,杂化轨道在核连线之外重叠成弯键.重叠不能达到最大,成键效率不高.
弯键模