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分子轨道图

大学化学同核分子价层MO的示意填充图，展示洪特规则下的电子排布以及带正负号的类氢LCAO等值面

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关于此实验

填充成键和反键轨道框，预测键级和未成对电子数，并观察原子轨道组合在三维空间中的相位干涉。

学习目标

  • 在简并轨道中应用泡利不相容原理进行占据，并按照洪特规则填充。
  • 根据成键和反键电子数计算模型键级。
  • 将未成对电子与简单的顺磁性预测联系起来。

使用方法

  1. 1载入氧，验证其简并的反键π轨道中有两个未成对电子。
  2. 2比较氮和氧的键级及其选定的轨道表面。
  3. 3清除电子，手动放置它们，然后将电子占据情况与基态排布进行比较。
  4. 4检查成键和反键组合，并在存在时找出核间节点。

模型

键级等于成键电子数与反键电子数之差除以二。
原子轨道的相对相位决定发生相长干涉还是相消干涉。
波函数符号相反表示相位信息，并不表示电荷相反。

假设

  • 能级图是示意性的。对于 B2、C2 和 N2，成键 π 能级低于 σ-2p；对于 O2、F2 和 Ne2，顺序则相反。
  • 第二周期的图省略了已填满的 1s 内层成键和反键轨道，因为它们对键级的贡献相互抵消。氢和氦只使用 1s 组合。
  • 等值面采用未归一化的类氢 1s、2s 或 2p 组合，并使用共同的有效长度尺度。它们不是自洽分子轨道，也不是测得的能量。
  • 允许手动设置激发态电子占据情况；仅有正键级并不能证明分子在现实中稳定。磁性分类采用基本的未成对电子规则。

在课堂上试试这个实验

  1. Q1为什么氧原子的总电子数是偶数，却仍有未成对电子？
  2. Q2向反键轨道中加入一个电子，为什么会使键级降低二分之一？

常见问题

为什么两种颜色会在节面处相遇？

它们表示轨道振幅的符号相反。节面是合成波函数为零的位置；将其平方后，该轨道的贡献为零。

较低周期的轨道行为什么会改变顺序？

该图包含较轻的第二周期双原子分子中通常出现的 s-p 混合定性效应。它并非从头计算轨道能量。