第三节 双原子键和双原子分子结构

1、第三节第三节 双原子键和双原子分子结构双原子键和双原子分子结构一、一、组态、键级和轨道能组态、键级和轨道能 1、组态：电子在分子轨道的排布叫分子的电子组态。 例：H2+,H2,He2+,He2 第一周期 H: 1s1, He:1s2 g1u122121:1:ggHH22212211:11:ugugHeHebasss111basss111*2 2、键级、键级成键电子：占据在成键轨道上的电子称为成键电子。 反键电子：占据在反键轨道上的电子称为反键电子。22*净成键电子数键级nn由键级可粗略地估计化学键的相对强度。22121:1:ggHH22212211:11:ugugHeHe12122键级键级HH

2、0He21He22的键级的键级例： 稳定性次序为稳定性次序为： H2 H2+ He2+He23 3、分子轨道能、分子轨道能 分子轨道能：分布在分子轨道上电子的能量。 分子轨道的能级次序： AO的能级次序已知 ns(n-2) f (n-1) d np 1s 2s 2p 3s 3p , 4s, 3d 4p , 5s, 4d 5p , 6s , 4f 5d 6p 7s 成键以后，MO能级从AO的能级升高或降低受到的影响因素有： 核间距R，电子组态，偶合作用，等等。 MO的能级顺序可由光电子能谱来确定。二、同核双原子分子举例二、同核双原子分子举例1、N2 分子曾经认为N2 分子的组态为：原子核外电子排

3、布 E2s(eV) E2p(eV) N 1s22s22p3 -20.33 -14.53 (1s )2(*1s )2(2s )2(*2s )2(2pz)2(2px )2(2py )2 光谱实验证明， N2的最高被占轨道是2pz而非2p 。 由于 N原子的2s、2p轨道能级接近，因此除考虑两原子间的 2s-2s,2pz-2pz之间组合成分子轨道外，应同时考虑2s-2pz间的组合， 即应考虑两原子的 四个原子轨道组合成四个分子 轨道。 组合形成一对简并的轨道。 pzbpzasbsa2222,pxbpxapxbpxa22,22能级顺序为：1g 1u 2g 2u 1u 3g 1g 3u属于此种排列的同核

4、双原子分子有：属于此种排列的同核双原子分子有：B2, C2, N2 原因：原因：s-p混杂混杂，即价层，即价层2s和和2pz原子轨道能级相近时，原子轨道能级相近时，由它们组成的对称性相同的分子轨道，进一步相互作由它们组成的对称性相同的分子轨道，进一步相互作用，混杂在一起组成新的用，混杂在一起组成新的MO，使，使2pz(3(3 g g) )。注意：分子轨道注意：分子轨道2g 3g和和2u 3u不能不能 再写为再写为 2s 2pz 2s*2pz* 。N2 (1g)2(1u)2（2g）2(2u)2 (1u)4 (3g)2 所以： N2为反磁性，键级3， 两个键和一个键相互加强，键 能高达 945.3

5、3KJ.mol-1。 写出：写出： B2, C2的分子电子组态，键级，磁性。的分子电子组态，键级，磁性。B2 (1g)2(1u)2（2g）2(2u)2 (1u)2 C2 (1g)2(1u)2（2g）2(2u)2 (1u)4 1s 1s* 2s 2s* 2pz 2px 2py * 2px *2py 2pz*2、 O2, F2分子属于此种排列的同核双原子分子有：属于此种排列的同核双原子分子有： H2, He2, Li2, (Be2),- O2, F2, Ne2ugugugug31132211或：F2 ： 2 F原子电子组态原子电子组态 1S2 2S2 2p5 F2F2 ：18个电子个电子 (u2p

6、y)2 (g*2py)2 （1s）2（1s*）2（g2s）2(u2s*)2(g2pz)2 (u2pz*)0 (u2px)2(g*2px)2 4422211322gugugKKF2 ：反磁性，键级=1，键能小 。O2： 2422211322gugugKK顺磁性，键级为2 22222,O O O O例：写出的键级，稳定性次序同时估计其磁性。332* 22* 2222* 1* 11122333222222222222210 810 73122210 610 552222121zxyppxysssspppMOOOOOO O O OOOO 2解：按理论O的电子组态为考虑到成键和反键效应大致抵消，应有：键

7、级；键级键级；键级由于键级的大小是键的强度的标志，所以稳定性次序为：， ，的未成对电子数分别为， ， ，22O所以都是顺磁性的，的未成对电子数为0，为抗磁性的。三、三、 异核双原子分子结构异核双原子分子结构用LCAOMO法近似处理异核双原子分子，注意以下几点： （1）异核双原子分子的两个原子的相应原子轨道具有不同的能量，只有对称性匹配且能量又接近的轨道才能有效组成分子轨道。 （2）异核双原子分子没有对称性，因此分子轨道没有g与u的区别，且共价键具有极性。1、 LiH分子分子 eV -13.6E 1s :HeV -5.4E eV, -58E 2s1s :Li1s 12s1s12sHbsLiasH

8、bsLiasLicccc1 ,2,1 ,2,1 ,3211s1s2s123HLiLiHL iH 分 子 轨 道 能 级 图LiH: 2221键级为1 2、HF 分子分子 1s :H22s1s :F 1522ppypxsHbpzFasHbpzFasFsFcccc221 ,2,1 ,2,2,1 ,1114321HF 分子分子的电子组态：42221321键级=1，反磁性3 CO3 CO、NONOCO与N2是等电子分子等电子分子，且C、N、O为同周期邻族元素，故电子结构类似。异核双原子分子没有中心对称性，故与N2又有区别。分子轨道的能级和符号的对应关系如下：三键51CO1624322N3u1g3g1u2u2g1u1g三键CO的电子组态分别如下：)5)(1)(4)(3)(2)(1(242222CONO N 7， 15电子，含N的双原子分子具有与N2相似的MO O 8，NO KK(3) 2 (4) 2 (1) 4 (5) 2 (2) 1 N O 键级= 8 3 /2 = 2.5顺磁性,N