原子軌道課件

1）電子具有波粒二象性，其運(yùn)動服從量子力學(xué)的規(guī)律——不確定原理！電子的概率分布可看作一團(tuán)帶負(fù)電荷的“云”，稱為“電子云。電子云的形狀反映了電子的運(yùn)動狀態(tài)！

分子軌道理論簡介

量子力學(xué)是原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代概念的基礎(chǔ)。

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2）波函數(shù)的物理意義量子力學(xué)認(rèn)為:描述核外電子的運(yùn)動狀態(tài)，可用波函數(shù)φ表示。波函數(shù)φ——是在原子核周圍的小體積內(nèi)電子出現(xiàn)的概率。Φ——稱為原子軌道，電子云的形狀可看做軌道的形狀；2

例如:1s軌道——是以原子核為中心的球體,界面內(nèi)電子出現(xiàn)總概率約為90%-95%；2s軌道——也是球形對稱,但較1s軌道大,且有一個“球面節(jié)”節(jié)的兩側(cè)波函數(shù)符號相反,分別用深、淺或+、-表示。（+或-不代表正電荷或負(fù)電荷）1s軌道3

2p軌道——有3個軌道，彼此垂直，分別在x、y、z軸上，由兩瓣組成，原子核在兩瓣中間。每個軌道有個節(jié)面，節(jié)面兩側(cè)波函數(shù)符號相反！P345圖18-2（手繪板書）3d軌道——有5個軌道1s；2s，2p；3s，3p，3d；4s，4p，4d，4f；……s軌道:1個；p軌道:3個；d軌道:5個；f軌道:7個。軌道能級:1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s45原子核外電子排布規(guī)律:1）鮑里不相容原理:每個軌道最多只能容納兩個電子，且自旋相反配對。2）能量最低原理:電子盡可能占據(jù)能量最低的軌道。1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s3）洪特規(guī)則:有幾個簡并軌道而無足夠的電子填充時，必須在幾個簡并軌道逐一地各填充一個自旋平行的電子后，才能容納第二個電子。原子的電子構(gòu)型6思考：C.N、O、F核外電子排布？67897現(xiàn)代化學(xué)鍵理論是建立在量子力學(xué)基礎(chǔ)上的。通過對氫分子共價鍵的討論，通過近似計算，推廣到雙原子、多原子分子的價鍵理論。主要內(nèi)容如下:1)原子的未成對電子數(shù)就是其原子的價數(shù):兩個原子的未成對而又自旋相反的電子，可偶合配對成為一個共價鍵。（電子配對法）1.原子軌道理論82）共價鍵具有飽和性:未成對電子已配對成鍵后不能再與其它原子的未成對電子配對成鍵?！·+2B·→B∶A∶BB-A-B2·A·→A∶∶AA=A共價鍵有:單鍵C-CC-H雙鍵C=CC=O叁鍵C≡CC≡N93）共價鍵具有方向性:兩成鍵軌道的電子云必須最大程度的重疊,才能使成鍵牢固、穩(wěn)定。電子云重疊越大,形成的鍵越強(qiáng)。10

4）能量相近的軌道可以雜化組成能量相等的雜化軌道,其成鍵能力更強(qiáng),體系能量也更低。例如:C原子外層有4個電子,其中2s中的1個電子躍遷到2pz軌道中,這樣1個s軌道與3個p軌道（4個軌道)雜化形成4個sp3雜化軌道。——sp3雜化,（2p軌道的兩瓣波函數(shù)符號不同,與2s雜化時,波函數(shù)符號相同的一瓣增大,不同的一瓣縮小。）一個sp3軌道11

sp3雜化——1個s軌道與3個p軌道雜化sp2雜化——1個s軌道與2個p軌道雜化sp雜化——1個s軌道與1個p軌道雜化！12共價鍵的類型:

σ鍵π鍵.“頭-頭”鍵“肩并肩”鍵有機(jī)化學(xué)中參與成鍵的主要是s軌道和p軌道。133.分子軌道理論是量子力學(xué)處理氫分子共價鍵的方法，推廣到復(fù)雜分子的另一個價鍵理論。主要內(nèi)容如下:1）分子中電子的各種運(yùn)動狀態(tài)——即分子軌道:用波函數(shù)表示。波函數(shù)ψ可用原子軌道線性組合法近似求得。

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例如:氫分子軌道波函數(shù)ψ可用下式表示:

1=φ1+φ22=φ1-φ2

（2個原子軌道φ1，φ2）（2個分子軌道1、2）1軌道在核間的電子云密度較大，該軌道稱為成鍵軌道；2軌道在核間的電子云密度很小，該軌道稱為反鍵軌道。分子軌道數(shù)目與原子軌道數(shù)目相等；n個原子軌道組合產(chǎn)生n個分子軌道。ψ2——分子軌道的電子云密度分布15

1成鍵軌道中的電子云密度,從外向內(nèi),逐漸增大,因此ψ2數(shù)值增大。（兩核間電子云密度高,對核有吸引力,接近后能量降低）2反鍵軌道在中間有一節(jié)面,節(jié)面兩側(cè)波函數(shù)符號相反,節(jié)面上的電子云密度ψ2=0。（兩核間電子云很少,兩核排斥,能量增加）從分子軌道電子云密度分布圖看（等密度線表示）（如圖,p14邢其毅）分子軌道理論認(rèn)為:電子從原子軌道進(jìn)入成鍵軌道，形成化學(xué)鍵，體系能量降低，從而形成穩(wěn)定的分子。16原子軌道組成分子軌道須具備條件（3個）:1）能量相近兩個原子軌道的能量相近才能有效成鍵2）兩個原子軌道電子云最大重疊兩個原子軌道須具有一定方向,以保證重疊最大、最有效,成鍵最強(qiáng)。3）對稱性相同兩個原子軌道在重疊區(qū)域的波函數(shù)符號要完全相同,才能有效成鍵17

成鍵軌道與反鍵軌道對于鍵軸均呈圓柱形對稱，因此稱為σ鍵。p349成鍵軌道用σ表示，反鍵軌道用σx表示例:氫分子軌道:σ1s、σ1sx18分子軌道對稱性與協(xié)同反應(yīng)的關(guān)系

解釋雙烯環(huán)化反應(yīng)的機(jī)理1965年Woodward和Hoffmann提出“分子軌道對稱守恒”原理。中心思想為:協(xié)同反應(yīng)的進(jìn)程是受分子軌道對稱性控制的，由分子軌道對稱性可以判斷反應(yīng)能否進(jìn)行，按什么方式進(jìn)行，以及反應(yīng)中的立體化學(xué)問題。分子軌道理論的應(yīng)用19

例：p3501,3-丁二烯與乙烯合成環(huán)己烯的反應(yīng)（圖18-71,3-丁二烯的π和π*軌道圖p349）1,3-丁二烯有4個π分子軌道：1、2.3、4基態(tài)時四個電子分別占有1、2，2稱為最高占有軌道以HOMO表示3稱為最低空軌道以LUMO表示乙烯有2個π分子軌道：π軌道（HOMO）和π*軌道（LUMO）

分子的前沿軌道20

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