双原子分子结构：分子轨道理论课件

双原子分子结构分子轨道理论双原子分子结构分子轨道理论分子轨道理论

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分子轨道理论分子轨道近似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ψ来描述。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，单电子Hamilton算符：在忽略电子间瞬时相互作用时，电子分子的哈密顿分子的总能量分子的波函数分子的哈密顿分子的总能量分子的波函数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LinearCombinationofAtomicOrbitals（LCAO）原子轨道分子轨道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c分子轨道能量d分子轨道c分子轨道能量d分子轨道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3分子轨道(LCAO-MO)的基本原则对称性匹配原则对称性匹配原则：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(σ对称性)：对键铀呈圆柱形对称。

(π对称性)：以通过键轴的对称节面呈反对称。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。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（σ或π），而异号重叠则形成ANMO（σ*或π*）。参与组合的AO与MO具有相同的对称性。AO同号重叠可形成BMs与py轨道沿z轴方向重叠s与py轨道沿z轴方向重叠LCAO－MO无效不为零的条件是原子轨道φa和φb对称性匹配。LCAO－MO无效不为零的条件是原子轨道φa和φb对称性匹配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、dyzpypys、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、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）原子对称性匹配对称性不匹配ss、px、dx2-y2py、pz(2)轨道最大重叠原则φa和φb重叠越多，Sab越大，β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(2)轨道最大重叠原则φa和φb重叠越多，Sab越大，β也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。是否满足最大重叠原则，取决于以下因素：(3)能量相近原则LCAO－MO变分法求解Schrödinger方程。如果不考虑重叠积分Sab的影响，则有：E1≈ab、E2≈aa当时，(3)能量相近原则LCAO－MO变分法求解Schrödin两个MO还原为两个AO，不能成键。一般来说，αa－αb＜6eV，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）。两个MO还原为两个AO，不能成键。一般来说，αa－αb＜6e4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4分子轨道的表示方法分子轨道的类型(1)分子轨道的类型针对键轴或通过键轴的平面的对称性σ：MO对键铀呈圆柱形对称。π：MO以通过键轴的对称节面呈反对称。δ：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。(1)分子轨道的类型针对键轴或通过键轴的平面的对称性针对对(2)分子轨道的符号MO要素：类型、成键或反键、AO的来源2s－2s→σ2s和σ*2s（或σg2s和σu2s）2px－2px→π2px和π*2px（或πu2px和πg2px）注意：σ型轨道是BMO－g、ANMO－u；而π型轨道正好相反。(2)分子轨道的符号MO要素：类型、成键或反键、AO的来源双原子分子结构：分子轨道理论课件双原子分子结构：分子轨道理论课件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：1σg、1σu、……和1πu（2个）、2πg（2个）、……等。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：1σ、2σ、……、1π（2个）、2π（2个）、……等。异核双原子分子的情形采用第二种表示方法：1σ、2σ、……(3)分子轨道的能级顺序Li2～N2：σ1s＜σ*1s＜σ2s＜σ*2s＜π2py＝π2px＜σ2pz＜π*2py＝π*2px＜σ*2pzO2～F2：σ1s＜σ*1s＜σ2s＜σ*2s＜σ2pz＜π2py＝π2px＜π*2py＝π*2px＜σ*2pz异核双原子分子：1σ＜2σ＜3σ＜4σ＜5σ＜1π＜2π＜6σ(3)分子轨道的能级顺序Li2～N2：σ1s＜σ*1s＜σ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π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索各种分子中化学键的本质。由于计算机的引入，MOT在五十年代得到较快的发展。六十年代，定量的分子轨道研究方法（包括从头计算的自洽场法和半经验法）得到发展。分子轨道理论(MOT)三十年代，MOT不仅解决了VBT不能解决的许多问题，并且提出双原子分子结构分子轨道理论双原子分子结构分子轨道理论分子轨道理论

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分子轨道理论分子轨道近似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ψ来描述。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，单电子Hamilton算符：在忽略电子间瞬时相互作用时，电子分子的哈密顿分子的总能量分子的波函数分子的哈密顿分子的总能量分子的波函数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LinearCombinationofAtomicOrbitals（LCAO）原子轨道分子轨道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c分子轨道能量d分子轨道c分子轨道能量d分子轨道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3分子轨道(LCAO-MO)的基本原则对称性匹配原则对称性匹配原则：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(σ对称性)：对键铀呈圆柱形对称。

(π对称性)：以通过键轴的对称节面呈反对称。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。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（σ或π），而异号重叠则形成ANMO（σ*或π*）。参与组合的AO与MO具有相同的对称性。AO同号重叠可形成BMs与py轨道沿z轴方向重叠s与py轨道沿z轴方向重叠LCAO－MO无效不为零的条件是原子轨道φa和φb对称性匹配。LCAO－MO无效不为零的条件是原子轨道φa和φb对称性匹配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、dyzpypys、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、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）原子对称性匹配对称性不匹配ss、px、dx2-y2py、pz(2)轨道最大重叠原则φa和φb重叠越多，Sab越大，β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(2)轨道最大重叠原则φa和φb重叠越多，Sab越大，β也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。是否满足最大重叠原则，取决于以下因素：(3)能量相近原则LCAO－MO变分法求解Schrödinger方程。如果不考虑重叠积分Sab的影响，则有：E1≈ab、E2≈aa当时，(3)能量相近原则LCAO－MO变分法求解Schrödin两个MO还原为两个AO，不能成键。一般来说，αa－αb＜6eV，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）。两个MO还原为两个AO，不能成键。一般来说，αa－αb＜6e4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4分子轨道的表示方法分子轨道的类型(1)分子轨道的类型针对键轴或通过键轴的平面的对称性σ：MO对键铀呈圆柱形对称。π：MO以通过键轴的对称节面呈反对称。δ：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。(1)分子轨道的类型针对键轴或通过键轴的平面的对称性针对对(2)分子轨道的符号MO要素：类型、成键或反键、AO的来源2s－2s→σ2s和σ*2s（或σg2s和σu2s）2px－2px→π2px和π*2px（或πu2px和πg2px）注意：σ型轨道是BMO－g、ANMO－u；而π型轨道正好相反。(2)分子轨道的符号MO要素：类型、成键或反键、AO的来源双原子分子结构：分子轨道理论课件双原子分子结构：分子轨道理论课件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：1σg、1σu、……和1πu（2个）、2πg（2个）、……等。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异核双原子分子的情形没有对称中心，不再