什么是分子軌道理論(the Molecular Orbital Theory)？
分子軌道理論，或稱MO理論，是一種解釋原子間鍵合的方法，它是根據電子在分子周圍的分布而不是原子周圍的定域來解釋的，與價鍵理論或VB理論不同。原子中的電子排列在殼層內的亞殼層中的軌道上。一般來說，參與化學鍵合的是最外...
分子軌道理論，或稱MO理論，是一種解釋原子間鍵合的方法，它是根據電子在分子周圍的分布而不是原子周圍的定域來解釋的，與價鍵理論或VB理論不同。原子中的電子排列在殼層內的亞殼層中的軌道上。一般來說，參與化學鍵合的是最外層殼層內軌道上的電子，盡管也有例外。一個軌道最多可包含兩個電子，這兩個電子的自旋必須相反。在分子軌道理論中，當兩個原子形成化學鍵時，鍵合電子的原子軌道結合成在電子的數目和自旋方面產生具有相似規則的分子軌道。
元素周期表電子和所有的亞原子粒子一樣，都可以表現為波，而不是在給定的時間占據空間的某個特定點，一個電子分布在原子核周圍所有可能的位置上，它的位置只能用概率來表示。物理學家厄文·薛定諤（Erwin Schrodinger）提出的方程可以用來確定原子軌道的"波函數"，從而給出在周圍不同位置找到電子的可能性用電子密度分布表示的原子核。分子軌道理論解釋原子成鍵的方法是，將參與成鍵的原子軌道的波函數相加，得到包圍整個分子的分子軌道的波函數原子中的電子排列在殼層內的子殼層內的軌道上。由于波函數方程給出了正負值，即所謂的相位，因此產生了兩個分子軌道在第一種情況下，原子軌道是同相的，正的到正的，負的到負的；第二種是異相的，負的到正的，正的到負的。同相加成產生了一個分子電子密度集中在原子核之間的軌道上，把它們拉近，形成一個比兩個原始原子軌道加起來能量更低的構型。這就是所謂的成鍵軌道。異相加成導致電子密度從原子核之間的空間集中，把它們拉得更遠，并產生一個具有比原子軌道更高的能級。這被稱為反鍵軌道。來自原子軌道的電子參與成鍵將更傾向于填充低能量的鍵合分子軌道。以確定鍵的性質在兩個原子之間，"鍵序"的計算公式是：（成鍵電子-反鍵電子）/2。鍵級為零表示不會發生鍵合。相比之下，鍵序為1表示單鍵，2和3分別表示雙鍵和三鍵舉一個很簡單的例子，兩個氫原子的成鍵可以用分子軌道理論來描述。每個原子只有一個電子，通常在最低能量軌道上。這些軌道的波函數相加，就形成了一個成鍵軌道和一個反鍵軌道。這兩個電子將填充低能成鍵軌道，在反鍵軌道上沒有電子。因此鍵序為（2–0）/2=1，給出一個單鍵。這與VB理論和觀察結果一致。周期表中下一個元素的兩個原子的相互作用，氦，給出了不同的結果，因為在每個氦原子的一個軌道上有兩個電子。當波函數被加上時，就會產生一個成鍵軌道和一個反鍵軌道，就像氫一樣。但是這次，有四個電子參與其中。兩個電子將填充成鍵軌道，另兩個則必須填充高能反鍵軌道。這次的鍵序為（2–2）/2=0，因此不會發生鍵合。這同樣符合VB理論和觀察結果：氦不會形成分子分子軌道理論也正確地預測了氧和氮分子的雙鍵和三鍵。在大多數情況下，MO理論和價鍵理論是一致的；但是，前者更好地解釋了分子的鍵序在單鍵和雙鍵之間，以及分子的磁性，分子軌道理論的主要缺點是，除了上面這些非常簡單的情況外，計算要復雜得多。
元素周期表電子和所有的亞原子粒子一樣，都可以表現為波，而不是在給定的時間占據空間的某個特定點，一個電子分布在原子核周圍所有可能的位置上，它的位置只能用概率來表示。物理學家厄文·薛定諤（Erwin Schrodinger）提出的方程可以用來確定原子軌道的"波函數"，從而給出在周圍不同位置找到電子的可能性用電子密度分布表示的原子核。分子軌道理論解釋原子成鍵的方法是，將參與成鍵的原子軌道的波函數相加，得到包圍整個分子的分子軌道的波函數原子中的電子排列在殼層內的子殼層內的軌道上。由于波函數方程給出了正負值，即所謂的相位，因此產生了兩個分子軌道在第一種情況下，原子軌道是同相的，正的到正的，負的到負的；第二種是異相的，負的到正的，正的到負的。同相加成產生了一個分子電子密度集中在原子核之間的軌道上，把它們拉近，形成一個比兩個原始原子軌道加起來能量更低的構型。這就是所謂的成鍵軌道。異相加成導致電子密度從原子核之間的空間集中，把它們拉得更遠，并產生一個具有比原子軌道更高的能級。這被稱為反鍵軌道。來自原子軌道的電子參與成鍵將更傾向于填充低能量的鍵合分子軌道。以確定鍵的性質在兩個原子之間，"鍵序"的計算公式是：（成鍵電子-反鍵電子）/2。鍵級為零表示不會發生鍵合。相比之下，鍵序為1表示單鍵，2和3分別表示雙鍵和三鍵舉一個很簡單的例子，兩個氫原子的成鍵可以用分子軌道理論來描述。每個原子只有一個電子，通常在最低能量軌道上。這些軌道的波函數相加，就形成了一個成鍵軌道和一個反鍵軌道。這兩個電子將填充低能成鍵軌道，在反鍵軌道上沒有電子。因此鍵序為（2–0）/2=1，給出一個單鍵。這與VB理論和觀察結果一致。周期表中下一個元素的兩個原子的相互作用，氦，給出了不同的結果，因為在每個氦原子的一個軌道上有兩個電子。當波函數被加上時，就會產生一個成鍵軌道和一個反鍵軌道，就像氫一樣。但是這次，有四個電子參與其中。兩個電子將填充成鍵軌道，另兩個則必須填充高能反鍵軌道。這次的鍵序為（2–2）/2=0，因此不會發生鍵合。這同樣符合VB理論和觀察結果：氦不會形成分子分子軌道理論也正確地預測了氧和氮分子的雙鍵和三鍵。在大多數情況下，MO理論和價鍵理論是一致的；但是，前者更好地解釋了分子的鍵序在單鍵和雙鍵之間，以及分子的磁性，分子軌道理論的主要缺點是，除了上面這些非常簡單的情況外，計算要復雜得多。
- 發表于 2020-08-23 08:09
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- 分類：科學教育
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