定性分子轨道理论简介
有机化学基础知识分子轨道理论简介
有机化学基础知识分子轨道理论简介有机化学是研究碳元素以及其化合物的科学，其原理和方法的核心是分子轨道理论。
分子轨道理论是描述和解释分子化学性质的基本原理，其通过研究分子中电子的能级分布和电子运动规律，揭示了分子结构、化学键形成和反应机理等方面的重要信息。
本文将对有机化学中的分子轨道理论进行简要介绍。
一、分子轨道的定义和特点分子轨道是描述分子中电子分布情况的数学函数。
通过将原子轨道进行线性组合，得到了分子轨道的概念。
分子轨道的形成是因为原子中的电子在形成分子时会重新排列，使得其波函数叠加形成新的电子状态。
分子轨道的特点如下：1. 分子轨道覆盖整个分子，而不是单个原子。
2. 分子轨道对应不同的能级，能量最低的为被称为基态分子轨道，其余为激发态分子轨道。
3. 分子轨道可以由两个或多个原子的原子轨道线性组合而成，其线性组合系数可用于描述相应原子轨道的贡献程度。
二、分子轨道理论的基本原理1. 分子轨道理论的基本假设分子轨道理论基于如下假设：- 原子核坐标固定不变，只考虑电子之间的相互作用。
- 分子中的电子是全体电子的平均势能下的粒子，相互之间的作用相同。
2. 分子轨道的形成和组成分子轨道的形成是通过对原子轨道的线性组合得到的。
对于两个原子的分子，分子轨道由两个原子轨道的线性组合形成，即σ轨道和π轨道。
σ轨道是沿着核心成键轴对称的，π轨道则是与核心成键轴垂直的轨道。
3. 轨道能级的填充规则按照泡利不相容原理，每个分子轨道最多容纳两个电子，这两个电子自旋方向相反。
根据轨道能级的次序填充电子，称为洪诺-傅克规则。
三、分子轨道理论在有机化学中的应用1. 分子轨道的能级和键长根据分子轨道理论，分子轨道的能级高低决定着分子的稳定性。
在反应中，电子容易占据能量较低的轨道，从而促进化学键的形成。
此外，分子轨道的能级还可以用来解释分子的键长和键能。
2. 共轭体系的稳定性通过在有机分子中引入共轭结构，可以产生具有稳定性的共轭体系。
化学中的分子轨道理论
化学中的分子轨道理论化学是一门研究物质性质、组成及变化的科学，其中一个重要的方面是了解分子的构成和化学键的形成。
分子轨道理论是一个用于解释分子结构和化学键形成的重要理论。
在本文中，我们将深入探讨分子轨道理论的基本概念和应用。
分子轨道理论的基本概念分子轨道理论将分子看作是由原子轨道之间形成的新的轨道而构成。
原子轨道是一种描述电子位置的数学函数，它们描述了单个原子中电子的可能位置和能量。
但是，在两个或多个原子共同存在的分子中，原子轨道就发生了重叠，而由此形成了新的分子轨道。
有两种类型的分子轨道：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之间重叠形成的，这种重叠是化学键形成的原因。
反键分子轨道是由原子轨道不重叠的区域形成的，它们和成键分子轨道几乎具有相等的能量，但是它们的电子不会在化学键形成过程中参与，因此它们被称为反键分子轨道。
分子轨道理论的应用分子轨道理论可以用于解释分子的性质和化学反应。
让我们以氢分子为例，探讨分子轨道理论是如何解释氢分子的存在和相互作用的。
氢原子的电子结构是1s，其中一个s轨道中有一个电子。
当两个氢原子形成一个分子时，它们的s轨道相互重叠并形成了两个新的分子轨道：成键分子轨道和反键分子轨道。
成键分子轨道比原子轨道更稳定，因为它们的波函数符号相同，从而促进电子的互相吸引。
相反，反键分子轨道比成键分子轨道更不稳定，因为它们的波函数符号相反，在这种情况下，电子之间会互相排斥。
由于成键分子轨道比反键分子轨道更稳定，氢分子的所有电子都处于成键分子轨道中。
这样，它们就形成了共价键，并达到了更稳定的电子结构。
这就解释了为什么氢分子是存在的，而单个氢原子不会稳定存在。
分子轨道理论还可以用于预测化学反应的速率和化学键的强度。
它可以通过计算分子轨道重叠的程度来预测键的稳定性和长度。
此外，在有机化学中，分子轨道理论可以解释的许多现象，如亲电性、电子云和取代反应。
总结分子轨道理论是一个重要的化学理论。
分子轨道理论和分子结构
分子轨道理论和分子结构分子轨道理论和分子结构是化学中非常重要的概念，对于理解分子的性质和反应机制具有重要的意义。
本文将介绍分子轨道理论的基本原理，以及如何利用分子轨道理论来理解和解释分子的结构。
一、分子轨道理论的基本原理分子轨道理论是基于量子力学的理论，用于描述分子中电子的分布和行为。
根据该理论，分子中的电子存在于分子轨道中，这些分子轨道是由原子轨道线性组合而成的。
根据电子排斥原理和泡利不相容原理，每个分子轨道最多容纳两个电子，并且这两个电子的自旋方向必须相反。
根据分子轨道理论，分子中的电子可以被分为σ轨道和π轨道。
σ轨道是沿着化学键的轴向分布的，而π轨道则是垂直于化学键的轨道。
对于简单的双原子分子，其分子轨道可以通过线性组合原子轨道（LCAO）方法得到。
具体而言，两个原子的原子轨道通过线性组合形成两个分子轨道，一个是成键分子轨道，一个是反键分子轨道。
成键分子轨道能量较低，稳定性较强，而反键分子轨道能量较高，稳定性较弱。
二、分子结构的理解了解分子轨道理论可以帮助我们理解和解释分子的结构。
分子的结构是由分子中原子之间的化学键和空间构型决定的。
分子中原子之间的键通过共用电子对形成，而这些共用电子对存在于成键分子轨道中。
由于能量最低的成键分子轨道的电子密度分布在两个原子之间，因此电子对密度较高，导致原子间距较短。
相反，反键分子轨道的电子密度分布在两个原子外，其电子密度较低，导致原子间距较长。
此外，分子轨道理论还可以解释分子中的π键。
π键是由π轨道形成的，其中的电子属于非键电子对。
π键通常较弱，容易发生反应。
通过分子轨道理论，可以预测分子中π键的存在和位置，并进一步解释一些分子的性质和反应。
三、应用分子轨道理论在化学研究和应用中有着广泛的应用。
例如，通过分子轨道理论，可以预测分子的能级结构和光谱性质。
通过计算分子轨道的能量和形态，可以确定电子在分子中的分布和行为，从而解释分子的性质和反应机制。
此外，分子轨道理论还可以用于设计和优化药物分子的结构，以及研究材料的电子输运性质等。
化学中的原子轨道理论与分子轨道理论
化学中的原子轨道理论与分子轨道理论化学是一门关于物质的科学，研究物质的性质、组成、结构和转化等方面。
其中，原子轨道理论和分子轨道理论是化学理论中不可或缺的部分。
一、原子轨道理论原子轨道理论（Atomic Orbital Theory）是描述电子在原子中运动的理论。
自然界中的所有元素都是由原子构成的，而每个原子内都包含原子核和电子。
原子轨道是用来描述电子在原子中的位置和能量的数学函数，因为电子存在波粒二象性，所以它的运动不能准确地描述。
然而，用数学函数描述电子的位置和能量是非常有用的。
原子轨道理论使用了量子力学，其中每个轨道都有一个确定的能量量子数，称为“n”值。
轨道的形状和分布也是非常重要的，其中最常见的是s，p，d和f轨道。
1. s轨道s轨道在原子中是球形的，直径约为0.1纳米，具有最低的能量。
因为电子近亲聚在原子核附近，所以s轨道也称为“居中轨道”。
2. p轨道p轨道是形状像3个圆环在一个平面内的三维图形，可以用矢量来表示。
它有三个不同方向（x，y，z轴），所以每个原子能够有三个p轨道。
这三个轨道的环平面处于彼此垂直的轴上，每个p 轨道有一个总的角动量量子数，即1。
3. d轨道和f轨道d轨道和f轨道相比，体积更大，形状更复杂。
在这些轨道中，原子轨道的形状比s轨道和p轨道更复杂，具有更高的能量。
二、分子轨道理论分子轨道理论是一种描述化合物形成的理论。
化学键是由两个原子的电子合并而成的，这些电子通过共价键共享。
分子轨道理论使用原子轨道的线性组合，形成新的分子轨道，从而描述分子中电子的分布。
1. σ键分子轨道中，电子最可能存在的轨道部位称为“σ键”，因为它们与化学键轴中心对称。
σ键形成分子中最强的化学键之一。
2. π键相较于ε轨道，π键中的电子呈笛卡尔积排列，因此π键的形状不能与轴对称。
π键由两个原子的p轨道线性组合而成，它们垂直于共价键。
3. δ电子对δ电子对是一类特殊的分子轨道，它们在正中间的两个原子之间存在一条化学键，但其空间构象作为一个电子对，排列在上下方向。
分子轨道理论的基本概念
分子轨道理论的基本概念分子轨道理论是描述分子内电子结构的理论框架，它是理解分子化学和化学反应的重要工具。
在分子轨道理论中，分子中的电子被认为存在于由原子核构成的分子轨道中，这些分子轨道是原子轨道的线性组合。
通过分子轨道理论，我们可以更好地理解分子的稳定性、反应性以及光谱性质。
本文将介绍分子轨道理论的基本概念，包括分子轨道的构成、分子轨道的类型以及分子轨道的能级顺序等内容。
1. 分子轨道的构成在分子轨道理论中，分子轨道是由原子轨道线性组合而成的。
原子轨道可以是原子的1s、2s、2p等轨道，它们在形成分子时会相互叠加、重叠并形成新的分子轨道。
分子轨道的构成可以通过线性组合原子轨道（Linear Combination of Atomic Orbitals，LCAO）方法来描述。
在LCAO方法中，原子轨道的波函数被线性组合，从而形成分子轨道的波函数。
通过适当的线性组合系数，可以得到不同类型的分子轨道，如σ轨道、π轨道等。
2. 分子轨道的类型根据分子轨道的对称性和能量特征，可以将分子轨道分为不同类型。
其中，σ轨道是沿着两原子核之间轴向的对称轨道，具有较高的电子密度；π轨道则是垂直于两原子核之间轴向的对称轨道，电子密度主要集中在两原子核之间的区域。
此外，还有δ轨道、φ轨道等其他类型的分子轨道，它们在不同的分子结构中扮演着重要的角色。
这些不同类型的分子轨道在分子的形成和反应中起着至关重要的作用。
3. 分子轨道的能级顺序分子轨道的能级顺序是指不同类型的分子轨道在能量上的排布顺序。
一般来说，σ轨道的能量较低，π轨道的能量次之，而δ轨道、φ轨道等能级较高。
这种能级顺序的排布对于分子的稳定性和反应性具有重要影响。
例如，在烯烃分子中，π轨道的能级较低，因此烯烃具有较高的反应活性；而在芳香烃中，芳香环中的π轨道形成了稳定的共轭体系，使得芳香烃具有较高的稳定性。
4. 分子轨道的叠加和排斥在分子轨道理论中，分子轨道之间存在叠加和排斥的相互作用。
分子轨道理论的发展及其应用
分子轨道理论的发展及其应用一、前言：分子轨道理论（MO理论）是处理双原子分子及多原子分子结构的一种有效的近似方法，是化学键理论的重要内容。
它与价键理论不同，后者着重于用原子轨道的重组杂化成键来理解化学，而前者则注重于分子轨道的认知，即认为分子中的电子围绕整个分子运动。
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。
目前，该理论在现代共价键理论中占有很重要的地位。
分子轨道理论描写单电子行为的波函数称轨道（或轨函），所对应的单电子能量称能级。
对于任何分子，如果求得了它的系列分子轨道和能级，就可以像讨论原子结构那样讨论分子结构，并联系到分子性质的系统解释。
有时，即便根据用粗糙的计算方案所得到的部分近似分子轨道和能级，也能分析出很有用处的定性结果。
二、分子轨道理论产生，分子轨道的含义，常用的构成分子轨道的方法：1、分子轨道理论产生：1926一1932年,在讨论分子(特别是双原子分子)光谱时,Mulliken和Hund分别对分子中的电子状态进行分类,得出选择分子中电子量子数的规律,提出了分子轨道理论.分子轨道理论认为,电子是在整个分子中运动,而不是定域化的.他们还提出能级相关图和成键、反键轨道等重要概念.1931一1933年,Huckel提出了一种简单的分子轨道理论(HMO),用以讨论共扼分子的性质,相当成功,是分子轨道理论的重大进展。
1951年,Roohtaan在Hartree一Fock方程的基础上,把分子轨道写成原子轨道的线性组合,得到TRoothaan方程，1950年Boys用Gauss函数研究原子轨道,解决了多中心积分的问题.从Hartree一Fock一Roohtaan方程出发,应用Gauss函数,是今天广为应用的自洽场分子轨道理论的基础,在量子化学的研究中占有重要地位。
1952年,福井谦一提出了前线轨道理论,用以讨论分子的化学活性和分子间的相互作用等,可以解释许多实验结果.1965年,Woodward和Hoffmann提出了分子轨道对称守恒原理,发展成为讨论基元化学反应可能性的重要规则,已成功地用于指导某些复杂有机化合物的合成.上述各个年代提出的基本理论和方法,是分子轨道理论发展过程中的几个里程碑。
分子轨道理论
s，px 沿y轴重迭，β= 0， LCAO无效，对称性不允许. s，px沿x轴重迭， Sab>0，|β| 增大，对称性允许.
Sab>0, 对称性匹配， 是MO形成的首要条件，决定能否成键。
其它两条件解决效率问题。
只有对称性相同的AO才能组成MO。
S ab a* bd
对称性允许 +
+ + 相长
Eb
a Ea
A
U
1
E1
AB
B
两个AO形成两个MO时，AO能级差越小，形 成的MO能级分裂越大，电子转移到低能量的成键 MO后越有利。 反之，AO能级差越大，形成的MO 能级分裂越小，电子转移到低能量的成键MO后能 量下降越不明显.
在低能量的成键MO中, 低能量的AO组份较多; 在高能量的反键MO中, 高能量的AO组份较多。
轨道重叠与共价键的方 向性有密切关系. 例如, 环丙 烷中C采取sp3杂化,应以 109.5o重叠成键, 而键角只有 60o . 所以, 杂化轨道在核连 线之外重叠成弯键. 重叠不能 达到最大, 成键效率不高.
弯键模型
以往的解释是: 沿核连线成键 时, 为适应键角所要求的60o , sp3 杂化键被迫弯曲而产生“张力”.
分子轨道理论
分子轨道理论（MO理论） 1932年美国科学家莫立根（Mulliken）洪特(Humd)等人先后 提出了分子轨道理论 (Molecular Orbital Theory)
一. 理论要点： 1、分子轨道理论的基本观点是把分子看作一个整体，其中电子
不再从属于某一个原子而是在整个分子的势场范围内运动。 分子中每个电子的运动状态也可用相应的波函数来描述。 2、分子轨道是由分子中原子的原子轨道线性组合而成，简称 LCAO。组合形成的分子轨道数目与组合前的原子轨道数目 相等。 3、原子轨道线性组合成分子轨道后，每一个分子轨道都有一相 应的能量，分子轨道中能量高于原来的原子轨道者称为反键 轨道，能量低于原来的原子轨道者称为成键轨道。 4、分子轨道中的电子的排布原则：保里不相容、能量最低、洪 特规则。 5、根据分子轨道的对称性不同，可分为σ键和π键。
分子轨道理论基础
分子轨道理论基础
分子轨道理论：为分子结构和化学性质提供了有力的科学依据。
分子轨道理论主要由美国物理学家罗伯特·哈维·波恩在1925年提出。
它应用于分子构型预测，描述了物理和化学性质如电子密度分布等。
该理论为研究和预测分子性质提供了一种新的的方法。
1.物理背景：分子轨道理论是基于量子力学进行描述的，它把分子看作是包含电子的微型系统。
它利用随机的波函数来描述电子的能量和储
存方式，而这些波函数又可以转化成电子的概率密度分布来进行计算。
2.原理：基本的分子轨道理论假定电子是由简单的波函数构成，它们
构成了分子内部电子云。
根据原子核和电子之间的能量和动能分析，
可以得到电子的空间分布。
3.应用：分子轨道理论为研究和计算分子性质（例如极化，分子构型，光学和化学反应）时，提供了一个有用的工具。
它也被用来计算能量
谱和振动谱，以及分子多核性能和电子交换-相关性。
分子轨道理论
分子轨道理论2011级弘毅学堂化学班2011301040014 田健吾分子轨道理论（又称MO法）是建立在量子力学理论体系基础之上的理论，以薛定谔波动方程为基础。
通过对原子轨道的线性组合（LCAO，linear combination of atomic orbitals）来确定其组合而成的分子轨道的形状以及能量高低。
分子轨道理论与现有的其他几种理论的比较现有的常用分析分子构型与能量的理论有路易斯结构理论，VESPER theory,VB法，杂化轨道理论与MO法。
此外还有建立于VB法上的共振理论，这些理论在各自适用范围内对分子进行处理各有其优点：路易斯结构理论最为简单，仅需考虑最外层电子数为8（氢为2）来调整共用电子对数即可，但是局限性也相对较大，仅能粗略分析共用电子对情况，不能预测与解释分子构型与能量；VESPER理论也是较为简单的理论，但是在处理很多的分子中都取得了非常好的结果，如对甲烷、六氟化硫等分子的构型，都能很成功的预测与解释，使用起来十分方便。
缺点也比较明显：过于强调价层电子的排斥效应而忽略了其内层电子以及轨道之间相互作用对构型的影响，特别是涉及到过渡金属配合物的John-Taller效应的时候，就完全无法解释，由于没有考虑到具体中心离子与配体轨道的作用，这是可想而知的结果；经典VB 法基于自旋反平行的两电子波函数符号一致，通过组合使得体系能量降低而形成稳定分子。
有单电子原子轨道与另一原子上填充单电子的原子轨道相结合形成共价键或带成对电子的轨道与另一原子中的空轨道重叠形成配位键两种。
经典VB法也是较为朴素的理论之一，因此局限性也是较大的，只能得出与参与成键的AO形状及伸展方向相同的分子构型，对于甲烷等分子的构型就完全不能解释，此时则需要引入杂化轨道理论，杂化轨道理论总体思想是通过两个或多个原子轨道的组合变形，使得达到成键轨道重叠最大的目的，从而使得体系能量达到较低的值。
但是Pauling对于杂化轨道理论的解释特别是对电子的激发与轨道杂化的能量来源的解释比较牵强，用薛定谔波动方程来理解其杂化过程可能可以用原子接近时对其各自波动方程的势能项有影响，从而改变了其原子轨道的形状来解释，但是如此也并不能解释电子的激发是如何进行的，除此之外，是否势能项的变化真的总是朝着使得轨道变形后趋向于与其他原子轨道重叠更充分的方向进行，这还是一个很大的问题。
(完整版)分子轨道理论及基态与激发态
分子轨道理论及基态与激发态分子轨道理论基本概念一、分子轨道：(molecular orbital) 描述分子中电子运动的波函数，指具有特定能量的某电子在相互键合的两个或多个原子核附近空间出现的概率最大的区域。
分子轨道由原子轨道线性组合而成。
二、成键三原则：能量相近、最大重叠、对称性匹配。
只有对称性相同的两个原子轨道才能组成分子轨道。
σ对称：一个原子轨道，取X轴作为对称轴，旋转180°，轨道符号不变。
如S，Px，d x2-y2为σ对称。
π对称：一个原子轨道，取X轴作为对称轴，旋转180°，轨道符号改变。
Py，Pz，d xy是π对称。
由σ对称的原子轨道组成的键——σ键由π对称的原子轨道组成的键——π键三、成键轨道与反键轨道分子轨道与原子轨道的联系：轨道守恒——2个原子轨道线性组合，产生2个分子轨道；能量守恒——2个分子轨道的总能量等于2个原子轨道的总能量；能量变化——每个分子轨道的能量不同于原子轨道的能量组合结果—定会出现能量高低不同的两个分子轨道。
——这是原子轨道线性组合的方式不同所致。
波函数同号的原子轨道相重叠，原子核间的电子云密度增大，形成的分子轨道的能量比各原子轨道能量都低，成为成键分子轨道。
波函数异号的原子轨道相重叠，原子核间的电子云密度减小，形成的分子轨道的能量比各原子轨道能量都高，成为反键分子轨道。
四、电子填入分子轨道时服从以下原则：1、能量最低原理：电子在原子或分子中将优先占据能量最低的轨道。
2、保利不相容原理：在同一原子或分子中、同一轨道上只能有两个电子，且自旋方向必须相反。
3、洪特规则：在能量相同的轨道中（简并轨道），电子将以自旋平行的方式、分占尽可能多的轨道基态与激发态当分子中的所有电子都遵从构造原理的这三个原则时，分子所处的最低能量状态——基态。
通常情况下，分子处于基态。
激发态：当分子获取能量后，分子中的电子排布不完全遵从构造原理，分子处于能量较高的状态——激发态，是原子或分子吸收一定的能量后，电子被激发到较高能级但尚未电离的状态。
有机化学中的分子轨道理论
有机化学中的分子轨道理论在有机化学中，分子轨道理论是一种重要的理论工具，用于解释有机分子的化学性质和反应机理。
分子轨道理论基于量子力学的原理，通过计算和描述分子中电子的运动状态，从而揭示了分子中化学键的形成和断裂、化学反应的进行等重要现象。
本文将介绍有机化学中的分子轨道理论的基本概念、应用以及研究进展。
一、分子轨道理论的基本概念分子轨道理论是基于原子轨道的概念，原子轨道是描述单个原子中电子运动状态的函数。
在一个分子中，原子之间通过共价键形成连接。
根据量子力学的原理，分子中的电子不再局限于单个原子，而是在整个分子中运动。
因此，分子的电子状态需要用一组轨道来描述，这组轨道被称为分子轨道。
分子轨道可以通过线性组合原子轨道（Linear Combination ofAtomic Orbitals，简称LCAO）的方法得到。
LCAO方法假设分子中的分子轨道是由原子轨道线性组合而成的，即每个原子轨道会形成分子轨道的一部分。
通过线性组合的过程，得到的分子轨道既保留了原子轨道的主要特征，又反映了分子中电子的运动状态。
分子轨道可以分为成键轨道和反键轨道。
成键轨道是由原子轨道线性组合形成的，对分子中的共价键的形成起着积极的作用；而反键轨道则是在原子轨道的基础上得到的，它们对共价键的形成没有帮助，反而会削弱共价键。
在分子中，成键轨道和反键轨道总是呈成对存在，它们之间通过分子中的原子核进行相互作用，形成了稳定的分子。
二、分子轨道理论的应用分子轨道理论在有机化学中有着广泛的应用。
它可以通过分析分子轨道的能级和电子分布，预测有机分子的性质和反应行为。
1. 能级结构分子轨道理论可以帮助确定分子中的能级结构。
不同的分子轨道具有不同的能级，电子会填充在低能级的轨道中。
通过计算和实验，可以确定分子中各个分子轨道的能级顺序，从而预测有机分子的稳定性、光谱性质等重要特性。
2. 共价键的形成和断裂分子轨道理论解释了共价键的形成和断裂过程。
分子轨道理论的基本概念
分子轨道理论的基本概念分子轨道理论是描述分子内电子结构的理论基础，是理解和预测分子性质的重要工具。
它通过对分子中电子行为的定量描述，为我们提供了深入理解分子结构和化学性质的途径。
本文将介绍分子轨道理论的基本概念，包括分子轨道的形成、分子轨道能级、分子轨道的排布规律等内容。
分子轨道分子轨道是描述整个分子内所有电子运动状态的波函数。
在分子轨道理论中，通过线性组合原子轨道（Linear Combination of Atomic Orbitals, LCAO）方法，可以得到分子轨道波函数。
例如，两个氢原子相互结合形成氢气分子的过程中，每个原子的1s轨道可以线性组合形成一个成键分子轨道和一个反键分子轨道。
这种过程称为成键和反键形成。
通过这种方式形成的分子轨道波函数，可以用来描述氢气分子内电子的运动状态。
分子轨道能级根据量子力学原理，不同类型的分子轨道具有不同的能级。
一般来说，成键分子轨道的能级较低，反键分子轨道的能级较高。
在填充电子时，按照Pauli不相容原理和Hund规则，电子会依次填充到较低能级的成键分子轨道上，直到所有电子填充完毕。
这种填充顺序决定了分子的稳定性和化学性质。
分子轨道排布规律根据对称性和能量原理，我们可以确定不同类型分子轨道在空间中的排布规律。
以双原子分子为例，通过简单的组合对称性和量子力学计算，可以得到成键σ、反键σ、成键π和反键π四种主要类型的分子轨道。
每一种类型的分子轨道在空间中具有特定形状和取向，并且对应着不同的能级。
分子轨道理论在实践中的应用凭借其对化学键性质和反应活性等方面的深刻认识，分子轨道理论在近现代化学研究中扮演了重要角色。
它被广泛应用于有机合成设计、催化剂设计、光催化材料设计等领域。
例如，在有机合成设计中，我们可以通过对不同配体结构下电荷传递与空间排布特性进一步加深对反应机制及活性位点与其实际功能之间关联作用进一步了解。
结论总之，分子轨道理论为我们提供了揭示和预测化学现象背后原理的新视角，并且在许多实际应用中发挥着重要作用。
分子轨道理论和分子结构方法
分子轨道理论和分子结构方法分子轨道理论是理论化学中的重要分支，通过研究分子中电子的运动和分布，揭示了分子的电子结构和性质。
分子结构方法则是为了确定分子的几何构型和化学键的特性，从而对分子的物理和化学性质进行解释和预测。
本文将介绍分子轨道理论和分子结构方法的基本概念、原理和应用。
一、分子轨道理论分子轨道理论是描述分子中电子行为的理论模型。
它将分子看作一组原子核和电子的集合，并将电子的运动描述为在分子轨道中的运动。
分子轨道是由原子轨道经线性组合得到的，具有不同的能级和对称性。
分子轨道的能级决定了电子在分子中的分布情况，从而决定了分子的性质。
分子轨道理论可以通过计算和实验得到分子的能级和波函数。
计算方法包括从头计算和半经验计算两种。
从头计算是根据物理和数学原理，通过求解薛定谔方程来得到能级和波函数。
半经验计算则是在一些经验参数的基础上，通过数值方法来近似求解。
分子轨道理论的应用非常广泛。
它可以用于解释分子的光谱、稳定性和反应性等性质。
通过分析分子轨道的对称性和能级，可以预测分子的电子云密度和键合情况，从而帮助理解分子的化学性质。
二、分子结构方法确定分子的几何构型和化学键的特性对于理解和预测分子性质至关重要。
分子结构方法是通过实验和计算来实现这一目标的一组技术和方法。
1. 实验方法实验方法主要包括X射线衍射、核磁共振、红外光谱和质谱等技术。
X射线衍射可以通过分析被晶体散射的X射线，得到分子的晶体结构。
核磁共振可以通过观察核磁共振信号，获得分子的三维结构信息。
红外光谱可以分析分子中化学键的振动情况，从而确定化学键的类型和键长。
质谱可以通过分析分子中的质谱峰，得到分子的相对分子质量和碎片结构。
2. 计算方法计算方法主要包括分子力场法、密度泛函理论和分子动力学模拟等。
分子力场法基于经验势能函数，可以模拟分子的结构和振动。
密度泛函理论通过对电荷密度的泛函进行优化，可以计算得到分子的几何构型和能量。
分子动力学模拟则是通过模拟分子中原子的运动，来研究分子的动态性质和结构变化。
分子轨道理论简介
对称性相同的原子轨道组成 分子轨道
三.分子轨道理论应用实例： 分子轨道理论应用实例：
1．He为什么不能形成 2? ． 为什么不能形成 为什么不能形成He He有两个 电子，如形成 2，则两个 有两个1s电子 有两个 电子，如形成He 1s 轨道能形成(σ1s2),(σ*1s2),成键与反键 轨道能形成(σ ),成键与反键 相抵消，总能量没有下降，故不能形成。 相抵消，总能量没有下降，故不能形成。 2．N2分子： ． 分子： 共有14个电子 原子有1s,2s, 3个 p轨 个电子， 共有 个电子 ， 原子有 个 轨 可以组成5个成键轨道和 个成键轨道和5个反键轨 道，可以组成 个成键轨道和 个反键轨 道。。
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， 轴作旋转轴， 一个原子轨道 ， 取 x轴作旋转轴 ， 旋转 轴作旋转轴 180度 ， 如轨道不变 ， 则为 对称 ； 如 对称； 度 如轨道不变， 则为σ对称 轨道的符号改变，则为π对称 对称。 轨道的符号改变，则为 对称。
1． 键级 ： 在分子轨道理论中 ， 用键级 ． 键级： 在分子轨道理论中， 表示键的强度。键级越高， 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＝ 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） （成键电子总数－反键电子总数）/2 N2和O2分子的键级各是几？ 分子的键级各是几？ －的键级各是几？ O2+、 O22－的键级各是几？
5．键矩
用来表示键的极性大小的物理量。 用来表示键的极性大小的物理量。 键矩＝原子电荷乘以键长。 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。 测定。也可用量子力学计算求出。
d q+ q-
定域分子轨道
定域分子轨道一、引言定域分子轨道理论是描述分子中电子行为的重要理论之一。
它通过将分子中的原子轨道线性组合来构建分子轨道，从而描述分子的电子结构。
本文将从定域分子轨道的概念、构建方法、应用以及局限性等方面进行详细阐述。
二、定域分子轨道概念1. 分子轨道分子轨道是由原子轨道线性组合而成的。
它可以用来描述在整个分子中运动的电子。
2. 定域分子轨道定域分子轨道是指在一个给定原子附近具有最高电荷密度的一组分子轨道。
这些电荷密度最高的区域被称为局部化区域。
3. 软硬酸碱理论软酸和软碱相互作用时会形成较强的键，而硬酸和硬碱相互作用时会形成较弱的键。
因此，软酸和软碱更容易形成共价键，而硬酸和硬碱更容易形成离化键。
三、定域分子轨道构建方法1. LCAO法LCAO法是线性组合原理（Linear Combination of Atomic Orbitals）的缩写。
它是将原子轨道线性组合来构建分子轨道的方法之一。
2. Mulliken方法Mulliken方法是通过计算分子中每个原子的电荷密度来确定定域分子轨道的。
3. Lowdin方法Lowdin方法是通过计算分子中每个原子与其周围原子之间的电荷流动来确定定域分子轨道的。
四、定域分子轨道应用1. 化学反应机理研究定域分子轨道可以用于研究化学反应机理，特别是有机化学反应。
它可以帮助预测反应物和产物之间的键合性质以及反应路径。
2. 分析化合物光谱定域分子轨道可以用于解释和预测各种光谱，如红外光谱、紫外光谱和核磁共振光谱等。
它可以帮助确定化合物结构以及识别未知化合物。
3. 材料设计和催化剂设计定域分子轨道可以用于材料设计和催化剂设计。
它可以帮助预测材料或催化剂的性质，如电导率、磁性、吸附能力等，并优化其结构以提高其性能。
五、定域分子轨道的局限性1. 局部化问题定域分子轨道理论存在局部化问题，即它只能描述分子中电子的局部行为，而无法描述整个分子中电子的全局行为。
2. 限制于单电子近似定域分子轨道理论是基于单电子近似的，即它忽略了电子之间的相互作用。
分子轨道理
分子轨道理分子轨道理论是化学中的一个重要概念，用于描述分子中原子之间的电子运动。
它在有机化学、无机化学和物理化学等领域中广泛应用。
分子轨道理论指出，原子在分子中的电子不再是属于单个原子的轨道，而是分布在整个分子中的一组分子轨道中。
分子轨道理论主要包括以下几个方面：1. 原子轨道的组合：分子中各个原子的原子轨道将组合成一个新的轨道，用于描述整个分子中的电子运动。
原子轨道的组合方式可以是线性组合，也可以是简单的加法和减法。
2. 分子轨道的分类：分子轨道可分为成键轨道、反键轨道和非成键轨道。
成键轨道是分子中电子密度最高的轨道，由原子轨道的积极相互作用形成。
反键轨道是分子中电子密度最低的轨道，由原子轨道的消极相互作用形成。
非成键轨道则是分子中既不属于成键轨道也不与反键轨道有关联的轨道。
3. 轨道能级：分子中的分子轨道能级与原子轨道能级不同，原子轨道能级具有离散性，而分子轨道能级连续分布。
能级的顺序分别是成键轨道最低、反键轨道最高、非成键轨道在中间。
4. 轨道重叠：分子中的原子轨道之间会发生重叠，这会影响分子中的电子结构。
重叠程度越高，分子的稳定性就越高。
例如化学键就是由两个原子轨道之间的较强重叠形成的。
5. 分子轨道的描述：分子轨道可以用波函数来描述。
波函数可以用于计算分子中的能量、电子密度、电荷分布等物理性质。
在实际应用中，通常使用量子化学计算方法来获得分子轨道的波函数和参数。
总的来说，分子轨道理论为我们了解分子中的电子结构和化学反应提供了基础和框架。
在有机合成和物质设计中，分子轨道理论被广泛应用于分子的构建、反应性和化学性质的预测等方面。
(完整版)分子轨道理论及基态与激发态
分子轨道理论及基态与激发态分子轨道理论基本概念一、分子轨道：(molecular orbital) 描述分子中电子运动的波函数，指具有特定能量的某电子在相互键合的两个或多个原子核附近空间出现的概率最大的区域。
分子轨道由原子轨道线性组合而成。
二、成键三原则：能量相近、最大重叠、对称性匹配。
只有对称性相同的两个原子轨道才能组成分子轨道。
6对称：一个原子轨道，取X轴作为对称轴，旋转180°,轨道符号不变。
如S，Px，d x2-y2 为6对称。
n对称：一个原子轨道，取X轴作为对称轴，旋转180°,轨道符号改变。
Py, Pz, d xy 是n对称。
由6对称的原子轨道组成的键——6键由n对称的原子轨道组成的键-- n键三、成键轨道与反键轨道分子轨道与原子轨道的联系：轨道守恒——2个原子轨道线性组合，产生 2 个分子轨道；能量守恒——2个分子轨道的总能量等于 2 个原子轨道的总能量；能量变化——每个分子轨道的能量不同于原子轨道的能量组合结果—定会出现能量高低不同的两个分子轨道。
——这是原子轨道线性组合的方式不同所致。
波函数同号的原子轨道相重叠，原子核间的电子云密度增大，形成的分子轨道的能量比各原子轨道能量都低，成为成键分子轨道。
波函数异号的原子轨道相重叠，原子核间的电子云密度减小，形成的分子轨道的能量比各原子轨道能量都高，成为反键分子轨道。
四、电子填入分子轨道时服从以下原则：1、能量最低原理：电子在原子或分子中将优先占据能量最低的轨道。
2、保利不相容原理：在同一原子或分子中、同一轨道上只能有两个电子，且自旋方向必须相反。
3、洪特规则：在能量相同的轨道中(简并轨道)，电子将以自旋平行的方式、分占尽可能多的轨道基态与激发态当分子中的所有电子都遵从构造原理的这三个原则时，分子所处的最低能量状态——基态。
通常情况下，分子处于基态。
激发态：当分子获取能量后，分子中的电子排布不完全遵从构造原理，分子处于能量较高的状态——激发态，是原子或分子吸收一定的能量后，电子被激发到较高能级但尚未电离的状态。
定性分子轨道理论简介
2. H2+，He2+离子
这两个离子与 H2 分子相比很像，其分子轨道不过是在 σ1s 轨道上减少了一个电子或在 σ*1s 轨道上填充了一个电子，但其键级却都减弱为 0.5，说明电子数目的增减可以影响分子 的稳定性。另外，H2+离子中两个氢原子之间是单电子键相连，这在其他化学键理论中是没 有的，它们也不能解释 H2+离子的存在。如果我们再计算 He2 的键级，发现其为 0，说明 He2 不能稳定存在。此处分子轨道和键级起到了判定分子或离子能否稳定的作用。
可以表示出分 用，只是考虑静电力，不
程度远离
子的立体结构 知道成键状况。
价键理论 1927
中心原子与端基原 价层电子的 使用了量子化 受最大重叠的制约，不能
子的原子轨道相互 原子轨道 学的观点
解释很多分子的立体结
重叠形成定域化学
构
键，并达到最大重
叠
杂化轨道理 1931 论
中心原子原子轨道 价层电子的 解决了很多价 理论基础是假想的，是从 变形杂化，与端基 杂化轨道 键理论不能解 实验事实中编造出来的，
1.启动 HyperChem 软件，双击 域内画出所要求的分子结构。
按钮或使用
按钮选择原子，在中心黑色区
2.双击 或按 ，得到初步的分子立体结构。
3.选择 Setup 菜单下 Semi-empirical（半经验方法）或 Ab initio（从头计算）选项， Semi-empirical 中可选 Am1（多处理有机分子）或 PM3（多处理配合物）等，Ab initio 中选 择合适大小的基组，若处理的是离子，在 Opinions 中的 Total Charge 中填入电荷数，若是单 电子体系在 Opinions 中的 Spin Pairing 选择 UHF 并将成单电子数*2+1 作为自旋多重度填入 Spin multiplicity 中。确定。
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4.CO 分子 CO 分子是一个异核双原子分子，我们在处理它的时候遇到了一个新问题：我们需要比 较不同原子轨道间的能量高低。实际上，我们可以用第一电离能比较出最外层电子的能量高 低，如 O 的第一电离能大于 C，则 O 的 2p 电子更稳定，能量更低。然后利用同周期 2s 与 2p 能级差从左到右递增的规律判断 C 的 2s-2p 能级差小于 O。 之后仿照例 3 的方法画出能级图，不过要注意，由于 C2s 轨道与 O2p 轨道能量很相近（小
可以表示出分 用，只是考虑静电力，不
程度远离
子的立体结构 知道成键状况。
价键理论 1927
中心原子与端基原 价层电子的 使用了量子化 受最大重叠的制约，不能
子的原子轨道相互 原子轨道 学的观点
解释很多分子的立体结
重叠形成定域化学
构
键，并达到最大重
叠
杂化轨道理 1931 论
中心原子原子轨道 价层电子的 解决了很多价 理论基础是假想的，是从 变形杂化，与端基 杂化轨道 键理论不能解 实验事实中编造出来的，
二．分子轨道的理论基础 量子化学基础尤其是薛定谔方程是多数化学键与分子结构理论的理论基础，分子轨道理
论更是把求解薛定谔方程作为其唯一获知分子信息的手段。当两个原子轨道相互作用时，体
系的总能量会改变并可减至一最小值，此时两个原子间便形成了一个化学键，或者说一个新 轨道。分子轨道理论认为分子轨道是原子的波函数相互作用产生的新轨道，它通过将原子轨 道线性组合并求解薛定谔方程，不断尝试修改系数获得体系能量最低值时的参数从而得到新 轨道的近似解。在计算分子轨道过程中，由于计算量过大，有各种半经验计算方法和选用不 用基组的从头计算方法（详见第六部分）。
三．分子轨道理论的基本观点 1. 分子轨道理论认为分子轨道是原子轨道线性组合而来的，分子的轨道数等于所有原 子的轨道数之和。 2. 两个波函数相互作用可能出现三种情况：波函数互相加强——产生成键轨道；波函 数互相削弱——产生反键轨道；波函数对称性不匹配——产生非键轨道。 3. 要形成分子轨道的原子轨道应满足能量相近和对称性匹配的条件。
1.启动 HyperChem 软件，双击 域内画出所要求的分子结构。
按钮或使用
按钮选择原子，在中心黑色区
2.双击 或按 ，得到初步的分子立体结构。
3.选择 Setup 菜单下 Semi-empirical（半经验方法）或 Ab initio（从头计算）选项， Semi-empirical 中可选 Am1（多处理有机分子）或 PM3（多处理配合物）等，Ab initio 中选 择合适大小的基组，若处理的是离子，在 Opinions 中的 Total Charge 中填入电荷数，若是单 电子体系在 Opinions 中的 Spin Pairing 选择 UHF 并将成单电子数*2+1 作为自旋多重度填入 Spin multiplicity 中。确定。
2.H2O 分子 与 H3 分子相比，水分子的中心原子更复杂，我们选定 2p 轨道为与配体群轨道做一级近 似的轨道，然后做出像 H3 一样的线性组合尝试，得到如下结果：（最右侧为 2pz 与 LGO）
由此可画出水分子的能级图：
3.CO2 分子 CO2 分子与前几例相比只是端基原子更复杂，考虑的情 况更多些且要注意 p 轨道伸展方向（最好建立坐标系来处理 该问题）而已，处理时把端基原子看做 O2 再线性组合即可。 其中 LGO 的 σ2p 轨道成非键，π2p 轨道成一个成键轨道一个反 键轨道，π*2p 轨道成非键，σ*2p 轨道成一个成键轨道一个反 键轨道。同时不要忘了 σ2p 非键要排到 π2p 成键轨道之上。能级 图如右： 六．用计算机程序计算分子轨道 前面已经说过，分子轨道计算复杂，人工模拟能处理的分子很有限，故一般使用计算机 程序来计算分子轨道。下面简单介绍一下用 HyperChem 软件计算分子轨道的方法。
3.B2~F2 分子 对于这些原子来说，核外电子数明显增多，我们按照能 量相近和对称性匹配的原则，首先判断出主要的作用（初级 近似），再考虑其他轨道对能量的修正（二级近似）。我们自 然地得出先考虑同种轨道之间相互作用的结论。在处理 p 轨 道时，应当考虑到 p 轨道的形状和伸展方向对成键有影响， 键轴方向的 p 轨道之间可以形成 σ 键，而垂直于键轴的 p 轨 道之间只能形成 π 键。而且，由于 σ 键比 π 键稳定，故其轨 道能量变化值也要多于 π 轨道，由此画出初级近似后的能级 图如右。 在考虑其他电子影响时的二级近似中，有一个经验规律： 相互作用的两个轨道形成新轨道时，靠近原能量较低轨道的 轨道能量降得更低，而靠近原能量较高轨道的轨道能量升得 更高。由此我们发现 1s 轨道使 2p 各轨道能量升高而自身能 量降低，其中对 σ2p 轨道的作用尤其重要，因为它可能导致 σ2p 轨道能量升至 π2p 轨道之上，从而改变电子填充顺序。事 实上，在 2s 和 2p 轨道之间能量差较小的 Li~N 原子中的确出 现了这种情况。由此我们便可以尝试画出各分子的分子轨道能级图，结果如下。
画好之后，我们还可以计算一下 H2 分子的键级，它可以体现分子的稳定性：键级=1/2* （成键电子数—反键电子数），对于 H2 来说是 1。我们也可以想象一下 H2 分子分子轨道的性 质：成键轨道是一个椭球形，反键轨道是两个排斥的类球形。
2. H2+，He2+离子
这两个离子与 H2 分子相比很像，其分子轨道不过是在 σ1s 轨道上减少了一个电子或在 σ*1s 轨道上填充了一个电子，但其键级却都减弱为 0.5，说明电子数目的增减可以影响分子 的稳定性。另外，H2+离子中两个氢原子之间是单电子键相连，这在其他化学键理论中是没 有的，它们也不能解释 H2+离子的存在。如果我们再计算 He2 的键级，发现其为 0，说明 He2 不能稳定存在。此处分子轨道和键级起到了判定分子或离子能否稳定的作用。
于 C2s 与 C2p 能级差），故 σ2p 要排到 π2p 轨道之上。
根据上述信息 容易画出上 面左图的 情况，但如 果我们使 用计算机求 解薛定谔 方程观察 σ2p 轨道图像时就会发现 C 的电子云大于 O，这说明 C 的影响大于 O，故 σ2p 能量应在 C2p与 O2p 之间（如右）。C 周围的电子云大于 O 也解释了 CO 做配体时 C 配位的原因。 五．多原子分子轨道、配体群理论
原子原子轨道最大
释的问题
不够科学
重叠形成价键
分子轨道理 1932 论
对整个分子求解薛 分子内所有 是目前最精确 处理方法过于复杂，经常 定谔方程，得到分 原子轨道形 的理论之一， 需要使用计算机辅助
子轨道和电子填充 成的分子轨 能够解决几乎
情况
道
所有问题
表一 各种化学键和分子构型理论的比较
由上表，分子轨道的理论是化学键理论不断发展完善的结果，它以量子化学理论为基础， 考虑分子内所有电子甚至空轨道的作用，认为所有电子是离域在整个分子当中的，尽可能少 的做人为假设与近似（如它相比，杂化轨道理论几乎全由假设构成），因而最大程度接近事 实，可以解决很多其它理论解决不了的问题。但考虑的全面也必然带来使用上的麻烦，求解 薛定谔方程过程复杂，并且很多情况下不能求得精确解，这也使得多数情况下用分子轨道模 拟分子需要借助计算机而不能脑算甚至使用纸笔计算（这也是分子轨道理论出现 20 年后还 会产生 VSEPR 理论的原因之一）。但是对于双原子及简单的三原子，乃至于 BH3，CF4 一类简 单的多原子分子，我们仍然可以使用纸笔进行近似求解画出能级图，估计分子轨道的形状。
配体群成键轨道可以与中心的氢原子线性组合出一个成键轨道和一个反键轨道；配体群 成键轨道与中心氢原子对称性不匹配（无论中心取何相位都被抵消），因而成为一个非键。
因此，H3 分子的能级图如下：
若我们仔细分析，会发现我们默认了 H3 分子为直线型，实际上我们可以尝试不同的分 子构型并比较哪一种稳定性更好从而作出判断。
原子间通过共用电 价层电子 子形成共价键，达
简便，较直观， 理论基础很不完善，不考
明了
虑电子分布状况，不能得
到 8 电子稳定结构
到分子的立体结构，不考 虑多电子键，不满足 8 电子稳定结构的分子很
多
价层电子对 1950s 互斥理论
价层电子对互相排 价层电子对 简便，直观， 没有考虑价键，位阻的作
斥在空间达到最大
分子大小。可使用 Display 菜单下 Rendering 选项改变分子的外观，可使用 Display 菜单下 Isosurface 选项改变分子轨道的外观。
们便得到了两个新的轨道：Ψ1= c1ψ1+ c2ψ2，Ψ2= c1ψ1- c2ψ2。这两个轨道一个能量降低，
形成成键轨道，另一个能量升高，形成反键轨道。由于原来两个电子是在 1s 轨道上的且形 成的键类似于先前所学的 σ 键，我们将新形成的两个轨道叫做 σ1s 轨道和 σ*1s 轨道。如下图。
最后，我们考虑一下电子应该填充在哪里。为使体系能量最低，两个电子都会填充到成 键轨道上。这样我们就画好了 H2 的分子轨道。
四．双原子分子轨道 在这一部分，我们通过几个例子来进一步理解分子轨道，掌握定性分子轨道的处理方法。 1. H2 分子 首先，我们考察两个原子的价电子，两个原子都只有一个填充在 1s 轨道上的价电子，
其能量显然相同。我们在纸上画出下图所示图形来表示这一情况。
图一（使用 ChemBioDraw 绘图） 然后，我们考虑这两个波函数间该有怎样的作用。分子轨道将波函数线性组合，对于他
4.选择 Compute 菜单下 Single Point CI 或 Geometry Optimization（几何优化）选项进行 优化计算。