第十八章-分子轨道理论简介说课讲解
分子轨道ppt课件
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C2能否稳定存在？
画出O2的分子轨道 排布式
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O2 分子，含16个电子。
三电子 键
[(1s)2 (1s*)2 (2s)2 (2s*)2 (2px)2 (2py)2 =(2pz)2 (2py*)1 =(2pz*)1]
KK 能量抵消
三电子 键
（Be2）(2py)(2pz) (2px) (2py*)(2pz*) (2px*) KK(2s)(2s*) (2py)(2pz) (2px) (2py*)(2pz*) (2px*) (1s)(1s*) (2s)(2s*) (2py)(pp2t课p件z). (2px) (2py*)(2pz*) (2px*)14
2. 分子的磁性
i) 分子的顺磁性：分子或离子内有成单电子存 在时，该分子能被外磁场所吸引。
ii) 分子的反磁性：分子或离子内没有成单电子
存在时，该分子能被外磁场所排斥。
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分子轨道理论的基本概念
分子中的电子是以多个原子核所组成的骨架 为中心进行运动的，每个电子的运动状态不同于 在原子中的运动状态。在分子中各个电子的运动
键级为1， 抗磁性；
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异核双原子分子或离子
异核双原子间一般利用最外层的原子轨道组合成分子
轨道。此时，成键分子轨道的能量更接近电负性大的原子 的原子轨道能量，反键分子轨道的能量更接近电负性小的 原子的原子轨道能量。
等电子原理： 具有相同电子数的分子称为等电子体。等电子体在分
子轨道中的电子排布和成键情况相似，称之为等电子原理。
2. 在分子轨道中电子填充次序所遵循的原则和在原子轨道中 填充电子的原则相同。即按能量最低原理，泡利不相容原理和 洪特规则进行填充。
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★★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。
分子的结构和性质：分子轨道理论
1s
1s
··
σ 1s 分子结构式 ׃N≡ N׃
A.O M.O A.O
.3 分子轨道的应用
.31分. 推子测轨分道子的存应在用和阐明分子的结构
分子轨道 能级 1s
示意图
H+2
σ *1s 2s
1s
σ 1s
1s
Li2
σ *2s 2s
σ 2s σ *1s
1s
分子轨道式 价键结构式
H+2 [(1s)1] ［H ·H]+
σ 2s
1s σ *1s 1s σ 1s
A.O M.O A.O源自第一、二周期同核双原子分子分子轨道能级
.3 分子轨道的能级
2p
σ *2p π *2p σ 2p
2p
能 量
1s<*1s<2s<*2s 2py=2pz <2px *2py=*2pz*2px
π 2p 2s σ *2s 2s
σ 2s
1s σ *1s 1s σ 1s
256 436
946
一般来说,键级越大,键能越大,分子越稳定
.3 分子轨道的应用
3. 预言分子的磁性
顺磁性——分子中的未成对电子，在磁场 中顺磁场方向排列的性质。
具有顺磁性的物质——顺磁性物质
反磁性——无未成对电子的分子，在磁场 中产生弱的反磁性。
具有反磁性的物质——反磁性物质
σ *2p
O2分子
1s
1s
O2A为.O顺磁M.O性σ物1As质.O
··· 1个σ键、 2个三电子键
分子轨道理论的崛起 能成功地说明许多分子的结构和反应性能
.1 分子轨道的基本概念
把分子作为一个整体，电子在整个分子中 运动。分子中的每个电子都处在一定的分 子轨道上，具有一定的能量。
分子轨道理论和双原子分子的结构课件
分子设计和合成 基于分子轨道理论，人们可以预测分子的结构和性质，从 而设计并合成出具有特定功能的分子，这将有助于材料科 学、药物研发等领域的发展。
06
结论和展望
分子轨道理论和双原子分子结构的重要性和影响
电子云重叠
两个原子之间的电子云重 叠，形成分子轨道。
原子轨道线性组合
原子轨道线性组合成分子 轨道，分子的电子分布取 决于原子轨道的叠加方式。
键合轨道
通过原子轨道的叠加，形 成键合轨道，这种轨道可 以稳定地容纳电子。
分子轨道的对称性和守恒原理
对称性
分子轨道的对称性决定了分子的空间构型和稳定性。
守恒原理
转动光谱
双原子分子的转动光谱是由于分子绕其质心旋转引起的，转动光谱的频率和强度与分子的转动惯量和 偶极矩有关。
双原子分子的化学反应活性
化学反应活性
双原子分子的化学反应活性受到其键能、 电负性、立体构型等因素的影响。
VS
反应机理
双原子分子参与的化学反应通常包括键的 断裂和形成，反应机理通常包括离子对、 自由基和协同机理等。
分子轨道理论和从头算方法的应用
分子轨道理论
从头算方法
是一种研究多电子分子的电子结构和性质的 量子力学方法。它通过求解一组线性方程来 描述电子的波函数和能量。分子轨道理论广 泛应用于化学、材料科学和生物学等领域。
是一种基于量子力学原理的计算方法，用于 计算分子的电子结构和性质。从头算方法通 过直接求解薛定谔方程来描述分子的波函数 和能量，避免了经验参数的使用，因此具有
未来研究方向和挑战的应对策略建议
《分子轨道理论》课件
1 分子轨道能级的定义 2 分子轨道能级的计算 3 电子在分子轨道中的
我们将学习分子轨道能级
方法
分布
的概念和定义。了解它们
我们将探讨计算分子轨道
我们将研究分子轨道中电
是如何描述分子中电子的
能级的方法，如分子轨道
子的分布规律和性质。了
能量和分布。
的线性组合和量子化学计
解电子在不同分子中的行
算方法。
为。
原子轨道的定义
我们将学习原子轨道的基本概念和定义。了解它们是如何描述原子中电子的运动状态和能量 分布。
原子轨道的分类
我们将讨论原子轨道的不同类型，例如s轨道，p轨道，d轨道和f轨道。每种轨道有不同的形 状和能量。
原子轨道的数量
我们将研究不同原子中轨道的数量。了解不同原子的电子排布和轨道填充规则。
第三章：分子轨道
结论
通过这个课件，我们总结了分子轨道理论的主要内容和意义。理解了它对化 学领域的重要作用，并学习了如何应用这一理论解释分子的行为和性质。
《分子轨道理论》PPT课 件
在这个课件中，我们将学习分子轨道理论的基本概念和应用。我们将了解它 对化学领域的重要性以及如何使用这一理论来解释分子的性质和行为。
第一章：引言
本章将介绍分子轨道理论的背景和意义。我们将探讨为什么要发展这一理论 以及它对我们理解化学反应和分子结构的重要性。
第二章：原子轨道
1
分子轨道的定义
我们将学习分子轨道的概念和定义。了解它们是如何描述分子中电子的运动和分布。
2
分子轨道的分类
我们将讨论分子轨道的不同类型，如σ轨道和π轨道。每种轨道对分子的性质和化学反应起着 不同的作用。
3
分子轨道的数量
分子轨道(课堂PPT)
43
44
45
46
47Leabharlann 33CF和CF+的键能分别为 548kJ/mol和753kJ/mol。试用 MOT解释。
CF的键级为2.5、CF+的键级为3 键级越大，键能越大。
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分子极性 偶极矩
在任何一个分子中都可以找到一个正电荷中心和一个负电荷中心。 正、负电荷中心不重合的分子为极性分子。 正、负电荷中心重合的分子为非极性分子
iii) O2 分子有两个成单电子，所以氧分子有顺磁性。
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F2 分子，含18个电子
[(1s)2 (1s*)2 (2s)2 (2s*)2 (2px)2 (2py)2 =(2pz)2 (2py*)2 =(2pz*)2]
KK 能量抵消
能量抵消 能量抵消
i) F2 分子中有一个 键。
ii)
F2 分子键级=
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(b) 适用于 1~7 号元素形成的分子或离子
对于 N，B，C原子，2s 和 2p 轨道间能量差小， 相互间排斥作用大，形成分子轨道后，σ2s和σ2Px之间 的排斥也大，结果，出现 B图中σ2Px 的能级反比 π2Py， π2Pz 的能级高的现象。
（Be2）(2py)(2pz) (2px) (2py*)(2pz*) (2px*) KK(2s)(2s*) (2py)(2pz) (2px) (2py*)(2pz*) (2px*) (1s)(1s*) (2s)(2s*) (2py)(2pz) (2px) (2py*)(2pz*) (2px*)14
偶极矩还可帮助判断分子可能的空间构型。例如NH3和BCl3 都是由四个原子组成的分子，可能的空间构型有两种，一种是平 面三角形，一种是三角锥形，根据
(NH3)=5.001030 Cm (BCl3)= 0.00 Cm
有机化学理论课 第十八章 分子轨道理论简介
第十八章分子轨道理论简介一、教学目的和要求（1）了解分子轨道理论的原理。
（1）了解周环反应的一般规律。
（2）了解分子轨道对称守恒原理在有机合成中的作用。
二、教学重点与难点分子轨道理论的原理，周环反应的理论。
三、教学方法和教学学时1、教学方法：以课堂讲授为主，结合必要的课堂讨论。
教学手段以板书和多媒体相结合。
2、教学学时：2学时四、教学内容第一节电环化反应第二节环加成反应第三节σ迁移反应第四节周环反应的理论一、电环化反应机理二、环加成反应机理三、σ键迁移反应机理五、课后作业、思考题习题：1、2、4、6、11。
§18-1 周环反应的理论一、周环反应前面各章讨论的有机化学反应从机理上看主要有两种，一种是离子型反应，另一种是自由基型反应，它们都生成稳定的或不稳定的中间体。
还有另一种机理，在反应中不形成离子或自由基中间体，而是由电子重新组织经过四或六中心环的过渡态而进行的。
这类反应表明化学键的断裂和生成是同时发生的，它们都对过渡态作出贡献。
这种一步完成的多中心反应称为周环反应。
周环反应：反应中无中间体生成，而是通过形成过渡态一步完成的多中心反应。
反应物——→产物周环反应的特征：（1） 多中心的一步反应，反应进行时键的断裂和生成是同时进行的（协同反应）。
例如：（2） 反应进行的动力是加热或光照。
不受溶剂极性影响，不被酸碱所催化，不受任何引发剂的引发。
（3） 反应有突出的立体选择性，生成空间定向产物。
例如：二、周环反应的理论 （一） 轨道和成键周环反应的过程，广泛的应用轨道来描述，这些轨道往往是用图形来表示。
有机化学中涉及最多的原子轨道为1p 轨道和2s 轨道。
原子轨道线形组合成分子轨道。
当两个等价原子轨道组合时，总是形成两个新的分子轨道，一个是能量比原子轨道低的成键轨道，另一个是能量比原子轨道高的反键轨道。
（二）分子轨道对称守恒原理原子轨道组合成分子轨道时，遵守轨道对称守恒原理。
即当两个原子轨道的对称性相同（位相相同）的则给出成键轨道，两个原子轨道的对称性不同（位相不同）的则给出反键轨道。
分子轨道专题知识讲座
2GTO→1STO(I)→2s(I)
1GTO→1STO(o)→1s(o)
1GTO→1STO(o)→2s(o)
2GTO→1STO(I)→2px(I) 1GTO→1STO(o)→2px(o) 2GTO→1STO(I)→2py(I) 1GTO→1STO(o)→2py(o) 2GTO→1STO(I)→2pz(I)
单击More…按钮，打开DMol3 几何优化对 话栏。
这里能够经过变化Quality 旳水平来设置收 敛偏差(Convergence Tolerance)或者单独编 辑这些值。默认旳设置是Fine，涉及下列内容： 能量为1.0e-5 哈特里旳收敛设置，0.002哈特 里/埃旳最大应力设置，以及0.005 埃旳最大位 移设置。Quality设置选择了基矢、积分网格、 收敛阈，这些选择使得在合适旳计算成本下， 大多数情况都能得到合理旳成果。
1.在D盘中建class-6文件夹 2. 打开MS之前设置显示扩展名
作业1：将轨道部分整顿成ppt课件
基组∑GTO→STO
STO~原子轨道（AO)χυ
φm+1 φm
分子轨道旳空间部分φi＝ ∑cυiχυ
hi φi＝ = εi φi＝ ，εi：电子能级
φ2
ε2
φ1
ε1
自旋空间MOψi ~φiα
体系Ψ(R) = |ψμ …ψN＞ Slater 行列式
点击按钮More…，显示 DMol3 Electronic Options 对话栏。
点击Orbital Cutoff 标签，能 够看到orbital cutoff设置旳值为3.1 埃。关闭对话栏。
提醒：能够经过点击More… 按钮对SCF 和k 点电子汉密尔顿 算符参数进行愈加精确旳操作和 控制。关闭DMol3 Electronic Options 对话栏。
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二、共价键理论
三、分子轨道对称性与协同反应的关系
三、分子轨道对称性与协同反应的关系
周环反应是协同反应。它既不是离子型反应， 也不是自由基型反应，不受酸、碱以及自由基引发 剂的影响，但却具有受光或热制约的特点。这些问 题可以用分子轨道对称守恒原理来说明。
分子轨道对称守恒原理认为：反应的成键过程， 是分子轨道的重新组合过程，反应中分子轨道的对 称性必须是守恒的。也就是说，反应物分子轨道对 称性和产物分子轨道对称性必须一致。
一、量子力学与原子轨道
一、量子力学与原子轨道
一、量子力学与原子轨道
二、共价键理论
二、共价键理论
分子是由原子组合而成的。分子的性质除取决于分子的 化学组成外，还取决于分子的结构。
分子的结构包括两方面内容： 一是分子中直接相邻的原子间的强相互作用即化学键； 二是分子中的原子在空间的排列，即空间构型。 此外，在相邻的分子间还存在一种较弱的相互作用力。 物质的性质决定于分子的性质及分子间的作用力。
3、分子轨道理论
价键理论着眼于成键原子间最外层轨道中未成对 的电子在形成化学键时的贡献。 但如能考虑成键原子 的内层电子在成键时贡献， 显然更符合成键的实际情 况。1932年，美国化学家 Mulliken RS和德国化学家 Hund F 提出了一种新的共价键理论——分子轨道理论， 即 MO法。该理论注意了分子的整体性，因此较好地说 明了多原子分子的结构。
二、共价键理论
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。
等数目的原子轨道线性组合成等数目的分子轨道， 其中一半分子轨道其能量较原来的原子轨道能量低， 称为成键分子轨道；另一半分子轨道其能量较原来的 原子轨道能量高, 称为反键分子轨道。
组成分子轨道需符合三原则：（1）对称性匹配原 则；（2）能量近似原则 ；（3）轨道最大重叠原则。
二、共价键理论
能量相近的ns轨道和np轨道之间的杂化称为sp型杂
化。按参加杂化的s轨道、p轨道数目的不同，sp型杂化 又可分为sp、sp2 、sp3 三种杂化。
sp杂化轨道的空间取向示意图二、共价键理论 sp2杂化轨道的空间取向示意图
二、共价键理论 sp3杂化轨道的空间取向示意图
二、共价键理论
二、共价键理论
成键中，同一原子中几个能量相近不同类型的 原子轨道，进行线性组合，重新分配能量和确定空 间方向，组成数目相等的新的原子轨道，这一过程 称为杂化，形成的新轨道称为杂化轨道。
杂化轨道更有利于原子轨道间最大程度地重 叠，因而杂化轨道比原来轨道的成键能力强。
不同类型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后 所形成的分子就具有不同的空间构型。
二、共价键理论
分子的性质又是由分子的内部结构决定的， 因此研究分子中的化学键及分子间的作用力对于 了解物质的性质和变化规律具有重要意义。
化学键按成键时电子运动状态的不同，可分 为离子键、共价键（包括配位键）和金属键三种 基本类型。在这三种类型化学键中，以共价键相 结合的化合物占已知化合物的90%以上，
第十八章-分子轨道理论简介
一、量子力学与原子轨道
一、量子力学与原子轨道
1926年奥地利科学家薛定 谔(E.Schrodinger,1887～ 1961),建立起描述微观粒子运 动规律的量子力学理论。用薛 定谔方程中的波函数ψ描述核 外电子运动，其空间图像可以 形象的理解为电子运动的空间 范围，俗称“原子轨道”。
成键时，两原子轨道重叠愈多，两核间电子云愈 密集，形成的共价键愈牢固，这称为原子轨道最大重 叠原理。因此共价键具有方向性。
二、共价键理论 根据原子轨道最大重叠原理，成键时轨道之间 可有两种不同的重叠方式，从而形成两种类型的共 价键——σ键和π键。
σ键示意图
二、共价键理论
π键成键方式 2、杂化轨道理论 杂化轨道理论是1931年由Pauling L等人在价键理论的基 础上提出， 实质上仍属于现代价键理论， 但在成键能力、 分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。
三、分子轨道对称性与协同反应的关系
三、分子轨道对称性与协同反应的关系 所以丁二烯在基态（加热）环化时，顺旋允 许，对旋禁阻。
对旋 禁阻的
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杂化类型
sp
sp2
sp3
参与杂化的原子 轨道
1个 s + 1个p
1个s + 2个p
1个s + 3个p
杂 化 轨 道 数 2个sp杂化轨道 3个sp2杂化轨道 4个sp3杂化轨道
杂化轨道间夹角
1800
1200
1090 28’
空间构型
直线
正三角形
正四面体
实
例
C2H2
C2H4
CH4 , CCl4
二、共价键理论
二、共价键理论
1、现代价键理论 现代价键理论简称VB法，又称为电子配对法，是 以量子力学对氢分子系统的处理为基础发展起来的。
二、共价键理论
两个原子自旋方向相反的单电子可以相互配对 （两原子轨道重叠），形成稳定的共价键。
单电子配对形成共价键后，就不能再和其他原子 中的单电子配对。所以，每个原子所能形成共价键的 数目取决于该原子中的单电子数目。这就是共价键的 饱和性。