1932年,由Milliken和Hund提出分子轨道理论。(简称MO法)
处理对象:分子整体基本特点:强调分子的整体性,不引入明显的价键结构的概念。基本思想:分子中的原子按一定的空间配置排列起来,然后电子逐个加到由原子实和其余电子组成的“有效”势场中,从而构成分子。
一、分子轨道理论基本内容
1.数学处理过程
(推文不能输入公式,该处选择贴图)
至此,我们可以知道,分子的分子轨道是由原子轨道线性组合而成,有多少条原子轨道就有多少条分子轨道,且一半的分子轨道是能量较低的成键轨道,另一半的分子轨道是能量较高的反键轨道。
2.常见分子的分子轨道能级示意图
以H2分子轨道能级示意图为例
左右两边表示2个H原子各有的1s原子轨道,且每个原子轨道上各有1个单电子。
中间是由两个原子轨道线性组合形成的分子轨道,分为两部分:
能量较低的成键轨道, 1s。
能量较高的反键轨道, *1s。
当构成这样的有效势场后,电子按照三大基本原则填入分子轨道(能量最低原则、Pauli不相容原理、Hund规则)。H2的两个电子刚好占据成键轨道,此时键级=1。
键级=0.5*(成键轨道电子数-反键轨道电子数)
若此时外界给出一个电子给H2,那么该电子只能进入能量较高的反键轨道 *1s,必定导致分子整体能量增高,稳定性下降,此时键级=0.5。
键级是一个可以定性衡量分子是否稳定的标准,
如:He2,成键轨道和反键轨道上电子数均为2,键级=0,成键轨道上的电子能量与反键轨道上的电子能量抵消,不能成键,也就是实际上不存在He2,因此氦气是单原子气体。
其他常见分子的分子轨道示意图
当前仅展示常见分子的分子轨道能级示意图,此处不做过多分析与解释,具体学习将在无机化学部分进行。本节主要讨论分子轨道理论对共轭多烯的处理。
二、分子轨道理论对共轭多烯的处理
共轭多烯的反应主要存在于п键上,因此利用分子轨道理论也主要讨论п分子轨道,忽略 分子轨道。
以1,3-丁二烯为例
由四个碳原子组成的碳架,每一个碳原子采取sp2杂化,与相邻的碳原子、氢原子形成三根 键,还留有一根未杂化的p轨道,上面有一个单电子。四个碳原子上的p轨道共面构象允许形成的共轭离域键。
我们可以尝试画出1,3-丁二烯