分子轨道理论的基本要点
分子轨道理论
2 轨道数守恒定律 n个AO 线性组合 → n个MO 成键轨道：能级低于原子轨道的分子轨道 反键轨道：能级高于原子轨道的分子轨道 非键轨道：能级等于原子轨道的分子轨道
成键与反键轨道成对出现 ，其余为非键轨道。
3.3.5 分子轨道理论的要点：
1. 采用轨道近似，分子中的每一个电子可以 用一个单电子波函数来描述： i(i)(i) i(i)：分子轨道 2. 由LCAO-MO得到，变分系数由变分法 得到 3. LCAO-MO时，AO应满足对称性匹配、 能量相近和最大重叠原则
*2pz *2px *2py 2px 2py 2pz *2s 2s
O 2 F2
2 u 1 g 1 u
2 g
1 u 1 g
KK
Li2, Be2, B2 , C2, N2 （2s-2p轨道能级差小，sp混杂显著）
1 g 1 u 2 g道：KK
O2, F2, Ne2
1 g 1 u
KK 1g 1u 2g 1u 1g 2u
Li2, Be2, B2 , C2, N2
KK 1g 1u 1u 2g 1g 2u
3.3.4 分子中电子的排布
1 排布遵守的原则： Pauli 原理 能量最低 Hund规则
a a
1 1 EH S ab S ab a b d EH S ab K R ra
Sab
E1
键合后体系能 量降低更多
影响Sab的因素：
核间距要小；
在核间距一定时，两原子轨道按合适 的方向重叠（化学键的方向性）
3.3.2 分子体系的S方程
1. 分子体系：m个核，n个电子
4. i-Ei，电子填充按能量最低、Pauli原理和 Hund规则
c. 单电子近似
分子轨道知识点总结
分子轨道知识点总结1. 分子轨道的形成分子轨道是由分子中的原子核和电子组合而成的，它可以描述分子中的所有电子的动态行为。
分子轨道的形成可以通过原子轨道的线性组合来解释。
在分子中，原子轨道可以相互叠加和组合，从而形成分子轨道。
分子轨道的形成过程中要考虑电子之间的排斥作用和吸引作用，这些相互作用将影响分子轨道的形状和能量。
2. 分子轨道的分类分子轨道可以根据它们的形状和能量分为两类：成键分子轨道和反键分子轨道。
成键分子轨道是由原子轨道的叠加形成的，它们的能量低于原子轨道的能量，并且在成键区域中存在电子密度。
反键分子轨道则是原子轨道叠加形成的，它们的能量高于原子轨道的能量，并且在反键区域中存在电子密度。
成键分子轨道和反键分子轨道之间存在一个能隙，称为禁带，代表了分子的稳定性和化学性质。
3. 分子轨道理论的基本原理分子轨道理论的基本原理是通过量子力学的方法来描述分子的电子结构和化学性质。
量子力学中的薛定谔方程可以用来描述分子轨道的波函数和能量，并且通过求解薛定谔方程可以得到分子轨道的形状和能量。
分子轨道理论假设分子的波函数是原子波函数的线性组合，这种线性组合的方法被称为LCAO（线性组合原子轨道）近似。
在LCAO近似下，可以得到分子轨道能量和形状的数学表达式，从而可以对分子的电子结构和化学性质进行计算和预测。
4. 分子轨道理论的应用分子轨道理论在化学和物理领域有广泛的应用。
它可以用来解释分子的结构和性质，预测分子的反应和性质，设计新的分子材料，以及研究分子相互作用和反应机理。
分子轨道理论可以结合实验数据来解释分子实验现象，并且可以为化学工程、材料科学和药物设计等领域提供理论指导。
它也可以用来模拟分子的光电性质、磁性质和电荷传输性质，为材料和分子器件的设计提供理论基础。
5. 分子轨道理论的发展与挑战分子轨道理论自提出以来已经经历了数十年的发展，形成了多种不同的理论方法和计算技术。
包括分子轨道理论、密度泛函理论、半经验分子轨道理论等。
第四章(2) 分子轨道理论
第三节分子轨道理论（MOT）一、概述要点：A、配体原子轨道通过线性组合，构筑与中心原子轨道对称性匹配的配体群轨道。
B、中心原子轨道与配体群轨道组成分子轨道。
形成LCAO-MO的三原则：二、金属与配体间σ分子轨道（d轨道能级分裂）1．可形成σ分子轨道的中心原子轨(n-1)d x2-y2, (n-1)d z2, ns, np x, np y, np z (可形成σ分子轨道)三、ABn型分子构筑分子轨道的方法1、步骤1）列出中心原子A及配位原子B中参与形成分子轨道的原子轨道；2）将中心原子轨道按照以它们为基的不可约表示分类；3）将B原子轨道按等价轨道集合分类（由对称操作可彼此交换的轨道称为等价轨道）；4）将每一等价轨道集合作为表示的基，给出表示；再将其分解为不可约表示；5）用每一组等价轨道集合构筑出对应于上一步所求出的不可约表示的配体群轨道；6）将对称性相同的配体群轨道与中心原子轨道组合得分子轨道。
2、以AB6（O h群）为例1）A原子用ns、np、(n-1)d 9个轨道，每个B原子用3个p(p x、p y、p z)轨道，共27个轨道形成分子轨道。
C、规定p z向量指向中心原子，则p x、p y向量应存在于垂直于p z向量的平面内；D、规定第一个B原子的p x向量与y 轴平行（* 方向相同），则该B原子的p y向量应与z轴平行（* 方向相同）；E、其余（6-1）个B原子的p x和p y 向量的方向由O h群对称性决定。
2）A原子价轨道在O h群对称下，属于下列表示：A1g: sE g: d x2-y2，d z2T1u: p x，p y，p zT2g: d xy，d xz，dyz3）O h群将B原子的18个轨道分为如下等价轨道的集合：I、6个p z轨道（可用于形成σ分子轨道）II、12个p x或p y轨道4）以上述轨道集合I为基，得出在O h群中的表示，并进行约化：Гσ = A1g + E g + T1u5）求出与中心原子价轨道相关的配体群轨道(用投影算符)：中心原子轨道ψ(A1g) = (1/6)1/2(p z1+p z2+p z3+p z4+p z5+p z6) 匹配sψ(E g) = (1/12)1/2(2p z5+2p z6-p z1-p z2-p z3-p z4) d z21/2(p z1-p z2+p z3-p z4) 匹配d x2-y2ψ(T1u) = (1/2)1/2(p z1-p z3) p x(1/2)1/2(p z2-p z4) 匹配p y(1/2)1/2(p z5-p z6) p z6）按照上述对应关系，构成分子轨道。
分子轨道理论
才能组成分子轨道
b、d、e符合 a、c不符合
② 能量近似原则 只有能量相近的原子轨道才能组合成有效 的分子轨道
H1S O2P Cl3P Na3S
-1312 (KJ/mol) -1314 (KJ/mol) -1251 (KJ/mol) -496 (KJ/mol)
可以 不行
③ 最大重叠原则
在对称性匹配的条件下，原子轨道的重叠程度越 大，组合成的分子轨道能量降低得越多，形成的 化学键越稳定。
4、分子轨道的几种类型
头碰头形成轨道 、* ，沿键轴（x轴） 方向呈圆柱形对称的重叠
肩并肩形成轨道 、 *，通过键轴的平面 （xz平面、xy平面）呈平面反对称的重叠
2 2
(
2
px
)
2
N2
14e
KK
(
2
s
)
2
(
2s
)
2
2 2
py pz
2 2
(
2
px
)
2
键级为3：二个 键，一个键
抗磁性
问题：N2 + 分子轨道电子排布式如何？ 并比较N2 + 、N2其稳定性。
C2 的分子轨道
2Px*
键级为2
2Py* 2Pz*
2S*
2S
2S
2S
1S*
1S
1S
1S
KK
(
2s
)
2
(
2s
)
2
(
2
px
)
2
2 2
py pz
2 2
6.4.3 分子轨道理论 1.分子轨道理论的基本要点
6.4.3 分子轨道理论
1．分子轨道理论的基本要点
(1) 分子轨道
分子内电子运动状态的波函数Ψ，称为分子轨道。
Ψi：分子轨道，有E i (量子化)和图象。
注意：分子轨道和原子轨道的区别：
原子轨道: 单中心，符号s, p, d, f……；
分子轨道: 多中心，符号σ、π、δ……。
(2) 分子轨道的形成
线性组合
* 线性组合：原子轨道分子轨道
* 轨道守恒：∑原子轨道=∑分子轨道
如H2中的两个H原子轨道组合方式可以表示为：
Ψ＝c AΨA + c BΨB（6-3）
Ψ*＝c AΨA－c BΨB（6-4）
* 能量守恒：∑E(分)= ∑E(原)
Ψ：同位相的波叠加，核间|Ψ|2增大，E(分)＜E(原)，为成键分子轨道或成键轨道。
Ψ*：反位相的波叠加，核间|Ψ*|2为零，E(分)＞E(原)，为反键分子轨道或反键轨道。
电子填在Ψ，E降低，有利于分子的形成。
电子填在Ψ*，E升高，不利于分子的形成。
有些分子轨道对成键没有贡献，称非键分子轨道或非键轨道。
E(反键轨道)＞E(非键轨道)＞E(成键轨道)。
8。
化学竞赛 分子轨道理论简介
分子轨道理论是基于量子力学的理论， 该理论十分复杂，计算工作量也特别大 但由于计算机的飞速发展，目前这种理 论在计算化学上应用相当普遍。 该理论能够通过计算来表征出分子结构 和各种化学性质，本课只进行分子轨道 理论的简介。
一.分子轨道理论的要点：
1． 分子轨道是由原子轨道经线性组合 而成，它与原子轨道的数量相等。 2． 原子轨道只有满足下列三个条件， 才能组成分子轨道： （1） 对称性匹配，有关这个下面要详 细讲。
5．键矩
用来表示键的极性大小的物理量。 键矩＝原子电荷乘以键长。可用实验 测定。也可用量子力学计算求出。
d q+ q-
键矩＝qd
作业：P211:13
氮的分子轨道能级图
3. O2分子
O2分子为什么有顺磁性？ 有 16 个电子，原子有 1s,2s, 3 个 p 轨道， 可以组成5个成键轨道和5个1 ．键级：在分子轨道理论中，用键级 表示键的强度。键级越高，键能越大 两个原子组成的化学键的键级＝ （成键电子总数－反键电子总数）/2 N2和O2分子的键级各是几？ O2+、 O22－的键级各是几？
（2）能量相近
能量相近的两个原子轨道可以组成两个 分子轨道（成键轨道和反键轨道） 成键轨道能量低，反键轨道能量高。
（3） 最大重叠
3. 电子在分子轨道上排布要遵循三原则： 保利不相容原理、能量最低原理和洪特 规则。
小结
二. 关于轨道的对称性
1. 原子轨道与分子轨道的对称性 一个原子轨道，取 x 轴作旋转轴，旋转 180 度，如轨道不变，则为 σ 对称；如 轨道的符号改变，则为π对称。
分子轨道理论的要点
分子轨道理论的要点：1.原子在形成分子时，所有电子都有贡献，分子中的电子不再从属于某个原子，而是在整个分子空间范围内运动。
在分子中电子的空间运动状态可用相应的分子轨道波函数ψ（称为分子轨道）来描述。
分子轨道和原子轨道的主要区别在于：(1)在原子中，电子的运动只受1个原子核的作用，原子轨道是单核系统；而在分子中，电子则在所有原子核势场作用下运动，分子轨道是多核系统。
(2)原子轨道的名称用s、p、d…符号表示，而分子轨道的名称则相应地用σ、π、δ…符号表示。
2.分子轨道可以由分子中原子轨道波函数的线性组合（linear combination of atomic orbitals，LCAO）而得到。
几个原子轨道可组合成几个分子轨道，其中有一半分子轨道分别由正负符号相同的两个原子轨道叠加而成，两核间电子的概率密度增大，其能量较原来的原子轨道能量低，有利于成键，称为成键分子轨道（bonding molecular orbital），如σ、π轨道；另一半分子轨道分别由正负符号不同的两个原子轨道叠加而成，两核间电子的概率密度很小，其能量较原来的原子轨道能量高,不利于成键,称为反键分子轨道（antibonding molecular orbital），如σ*、π*轨道。
3.为了有效地组合成分子轨道，要求成键的各原子轨道必须符合下述三条原则，也就是组成分子轨道三原则：（1）对称性匹配原则只有对称性匹配的原子轨道才能组合成分子轨道，这称为对称性匹配原则。
原子轨道有s、p、d等各种类型，从它们的角度分布函数的几何图形可以看出，它们对于某些点、线、面等有着不同的空间对称性。
对称性是否匹配，可根据两个原子轨道的角度分布图中波瓣的正、负号对于键轴（设为x轴）或对于含键轴的某一平面的对称性决定。
例如图1中的(a)、(b)，进行线性组合的原子轨道分别对于x轴呈园柱形对称，均为对称性匹配；图1 原子轨道对称性匹配成键符合对称性匹配原则的几种简单的原子轨道组合是，(对x轴) s-s、s-p x、p x-p x 组成σ分子轨道；（对xy平面）p y-p y、p z-p z组成π分子轨道。
分子轨道理
分子轨道理
分子轨道理论是一种解释分子化学性质的理论，主要应用于复杂化学物质的计算和设计。
该理论结合量子力学和分子对称性理论，通过对分子中原子轨道的组合和相互作用的分析，得出分子轨道能级和电子分布，进而预测分子性质及其反应活性。
其主要内容包括：
1. 原理：分子轨道理论的核心原理是“波函数线性组合原理”，即分子轨道是由原子轨道按照一定的线性组合方式组成的。
线性组合系数称为“分子轨道系数”。
2. 能级：分子轨道能级是由原子轨道相互作用而形成的，其数目等于参与组合的原子轨道数目。
能级顺序和大小与分子轨道系数及原子轨道能级之间的相互作用有关。
3. 分子轨道类型：根据分子轨道能级和分子轨道系数的不同，分子轨道可分为sigma(σ)轨道、pi(π)轨道、delta(δ)轨道等。
4. 分子轨道的对称性：分子对称性对分子轨道的能级和分子性质有很大影响。
相同对称性的原子轨道组合会形成对称性相同的分子轨道。
5. MO图解：MO图是分子轨道理论的重要表述方式，用于描述分子中电子的能级和分布情况。
其结构为横坐标为分子轨道能级，纵坐标为分子轨道系数的坐标轴。
6. 应用：分子轨道理论可应用于物理、化学、生物等领域，如
化学反应机理、分子光谱学、药物设计等。
7. 限制和局限：分子轨道理论适用于与原子轨道相似的分子，但对于复杂分子和高能态的描述有一定局限性。
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分子轨道理论的基本要点→分子轨道的概念
分子轨道的概念分子轨道理论的基本要点
在介绍分子轨道理论的基本要点之前，首先了解一下分子轨道的概念。
通过原子结构理论的学习，我们知道原子中的电子是处于原子核及其它电子所形成的势场中运动的，每个电子都具有一定的空间运动状态和能量。
原子中存在着若干种空间运动状态ψ、ψ、ψ……，这些空间运动状态俗称原子轨道，即原子中存在1s、2s、2p……等原子轨道。
分子轨道理论设想，在多原子分子中，组成分子的每个电子并不属于某个特定的原子，而是在整个分子的范围内运动。
分子中的电子处于所有原子核和其它电子的作用之下，分子中电子的空间运动状态也可以用波函数来描述，这些波函数俗称分子轨道，即分子中电子的空间运动状态叫分子轨道（Molecular orbit），简称MO。
正如原子中存在对应能量的若干原子轨道一样，在分子中也存在对应一定能量的若干分子轨道。
像原子结构那样遵循“能量最低原理”将分子中所有电子依次填入各分子轨道中，则可得到分子的电子构型，并由此说明分子的性质，这就是分子轨道理论的基本思路。
现将其要点介绍如下。
分子轨道理论的基本要点→分子轨道理论的基本要点★★
分子轨道的概念分子轨道理论的基本要点
1．分子轨道是由原子轨道线性组合而成（linear combination of atomic orbital，简称LCAO），n个原子轨道组合成n个分子轨道。
在组合形成的分子轨道中，比组合前原子轨道能量低的称为成键分子轨道，用ψ表示；能量高于组合前原子轨道的称为反键分子轨道，用ψ表示。
例如两个氢原子的1s原子轨道ψA与ψB线性组合，可产生两个分子轨道：
ψ＝C1（ΨA+ΨB）ψ＝C2(ψA－ψB)（式中C1、C2为常数）
2．原子轨道组合成分子轨道时，必须遵循对称性原则、能量近似原则和最大重叠原则。
(1) 对称性原则（对称性匹配）
原子轨道均具有一定的对称性，例如s轨道是球形对称，p轨道对中心是反对称（即一半是正，一半是负），d轨道有中心对称和对坐标轴或某个平面对称。
为了有效组合成分子轨道，必须要求参加组合的原子轨道对称性相同（匹配），对称性不相同的原子轨道不能组合成分子轨道。
所谓对称性相同是指：将原子轨道绕键轴（X轴）旋转180°，原子轨道的正、负号都不变或都改变即为原子轨道对称性相同（匹配）；若一个正、负号变了，另一个不变即为对称性不相同（不匹配）。
〖对称性相同轨道〗〖对称性不相同轨道〗
(2) 能量近似原则
两个对称性相同的原子轨道能否组合成分子轨道，还要看这两个原子轨道能量是否接近。
只有能量接近的原子轨道才能组合成有效的分子轨道，而且原子轨道的能量越接近越好，这就叫能量近似原则。
在同核双原子分子中，当然1s-1s、2s-2s、2p-2p能有效地组合成分子轨道，而能量近似原则对于异核的双原子分子或多原子分子来说更加重要。
〖举例〗
(3) 轨道最大重叠原则
当两个对称性相同、能量相同（或相近）的原子轨道组合成分子轨道时，原子轨道重叠得越多，组合成的分子轨道越稳定，这就叫最大重叠原则。
这是因为原子轨道发生重叠时，在可能的范围内重叠程度越大，成键轨道能量降低得越显著。
3．每个分子轨道都有相应的能量和图象。
分子的能量E等于分子中电子能量的总和，而电子的能量即为被它们所占据的分子轨道的能量。
根据原子轨道的重叠方式和形成的分子轨道的对称性不同，可将分子轨道分为σ成键、π成键和σ*反键、π*反键轨道。
按分子轨道的能量大小，可以排出分子轨道的近似能级图。
4．分子中所有电子将遵从原子轨道电子排布三原则进入分子轨道，即得分子的基态电子构型。