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1.11 : MO理论和共价键

分子轨道理论以类似于原子轨道中电子分布的方式描述分子中电子的分布。 分子中可能存在价电子的空间区域称为分子轨道。 从数学上讲,原子轨道的线性组合 (LCAO) 会生成分子轨道。 同相原子轨道波函数的组合产生具有高电子密度概率的区域,而异相波产生没有电子密度的节点或区域。

相邻原子上两个原子 s 轨道的同相组合产生较低能量的 σs 成键分子轨道,其中大部分电子密度直接位于原子核之间。 异相叠加产生更高能量的 σs* 反键分子轨道,其中原子核之间存在节点。

类似地,p 轨道的波函数产生两个相位相反的波瓣。 当 p 轨道首尾重叠时,它们会产生 σ 和 σ* 轨道。 两个 p 轨道并排重叠产生 π 键和 π* 反键分子轨道。

填充的分子轨道图显示了成键和反键分子轨道中的电子数量。 电子仅当占据成键轨道时才有助于键合相互作用。 电子对分子键强度的净贡献由键序确定,计算如下:

Figure1

键级是共价键强度的指导; 随着键级的增加,两个给定原子之间的键变得更强。 如果分子轨道中电子的分布产生的键级为零,则不会形成稳定的键。

分子轨道理论对于多原子分子也很有用。 苯(C6H6)具有平面六方结构,碳原子呈sp2杂化,路易斯模型无法准确表示其离域电子。 然而,分子轨道理论将这些电子分配给覆盖整个碳环的三个π键分子轨道。 这导致了一组完全占据(6个电子)的键合分子轨道,赋予苯环额外的热力学和化学稳定性。

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MO TheoryCovalent BondingMolecular OrbitalValence ElectronLCAOAtomic OrbitalsElectron DensityBonding Molecular OrbitalAntibonding Molecular OrbitalP OrbitalsOverlapBonding OrbitalAntibonding OrbitalMolecular Orbital DiagramBond StrengthBond Order

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