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
分子轨道理论的发展及其应用0 前言化学键是化学学科领域中最为重要的概念之一。
通常，化学键被定义为存在于分子或晶体中或两个或多个原子间的，导致形成相对稳定的分子或晶体的强相互作用。
从二十世纪初期至今，科学家们为了解释化学键现象相继提出了价键理论、分子轨道理论、配位场理论等化学键理论。
其中分子轨道理论（Molecular Orbital Theory）具有容易计算、计算结果得到实验支持的优势，并不断得到完善与拓展，因而自二十世纪五十年代以来，已经逐渐确立了其主导地位。
目前，作为相对最为成熟的化学键理论，分子轨道理论的应用已经涵盖了化学研究的几乎全部领域中。
1 分子轨道理论发展1926至1932年，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。
他们还提出了能级相关图和成键、反键轨道等重要概念。
1929年，Lennard-Jones提出原子轨道线性组合（Linear Combination of Atomic Orbitals）的理论。
后来，原子轨道线性组合的思想被应用于分子轨道理论中，成为分子轨道理论的基本原理。
这一原理指出，原子轨道波函数通过线性组合，即各乘以某一系数相加得到分子轨道波函数。
这种组合要遵循三个基本原则，即：组合成分子轨道的原子轨道必须对称性匹配；组成分子轨道的原子轨道须能级相近；原子轨道达到最大程度重叠以降低组成分子轨道的能量。
其中，最重要的是对称性匹配原则，对称性相同的原子轨道组合成能量低于自身的成键分子轨道，对称性相反的原子轨道组合成高于自身的反键分子轨道。
1931-1933年，Huckel提出了一种计算简便的分子轨道理论（HMO），是分子轨道理论的重大进展。
HMO理论的基本思想是，把两电子间的相互作用近似地当做单电子的平均位场模型处理，导出单电子运动方程：Hψ=Eψ 其中H是该电子的Hamilton算符，ψ是该电子所占据的分子轨道波函数，E为轨道能量。
有机化学中的杂化轨道和分子轨道理论
有机化学中的杂化轨道和分子轨道理论有机化学是研究有机化合物结构、性质和反应的学科。
在有机化学中，杂化轨道和分子轨道理论扮演着重要的角色，帮助我们理解有机分子的电子结构和化学性质。
本文将介绍杂化轨道和分子轨道理论的基本概念、原理和应用。
一、杂化轨道理论杂化轨道理论是描述原子轨道混合形成杂化轨道的一种理论。
它可以用来解释有机分子的几何形状和化学键的性质。
杂化轨道是由具有不同能量和方向的原子轨道线性组合而成的新轨道。
具体来说，杂化轨道理论主要包含以下几个重要概念：1. 原子轨道的混合：在形成杂化轨道的过程中，原子轨道会发生混合。
例如，sp杂化是指s轨道和p轨道的线性混合，形成新的、方向确定的杂化轨道。
2. 杂化轨道的性质：杂化轨道与混合的原子轨道具有不同的能量和方向。
sp杂化轨道具有线性形状，sp2杂化轨道具有三角形平面形状，sp3杂化轨道具有四面体形状等。
3. 化学键的形成：杂化轨道理论可以解释化学键的形成。
例如，碳原子的sp3杂化轨道能够与其他原子的轨道重叠形成σ键，sp2杂化轨道能够形成σ键和一个π键，sp杂化轨道能够形成两个σ键和两个π键等。
4. 杂化轨道的数量：杂化轨道的数量取决于原子的杂化方式和与之相连的其他原子。
例如，碳原子通过sp3杂化可以形成四个碳-碳σ键，形成一个立体化的分子。
二、分子轨道理论分子轨道理论是描述分子中电子分布的一种理论。
它通过将原子轨道线性组合而成的分子轨道来描述分子的电子结构和性质。
具体来说，分子轨道理论主要包含以下几个重要概念：1. 原子轨道的线性组合：原子轨道通过线性组合形成分子轨道。
通过线性组合，原子轨道可以形成成键轨道和反键轨道，进而解释分子键和反键的形成。
2. 分子轨道能级：分子轨道具有不同的能级，类似于原子轨道的能级。
分子轨道能级的数量与参与形成分子的原子数目有关。
3. σ和π分子轨道：分子轨道可以分为σ和π轨道。
σ轨道是高对称性的轨道，电子分布在分子轴上，而π轨道则是较低对称性的轨道，电子分布在分子平面上。
化学中的计算化学理论
化学中的计算化学理论化学是自然科学中的一门重要学科，它研究的是物质的组成、结构、性质以及它们之间的相互转化关系。
在化学的实验过程中，化学计算是一种非常重要的理论工具。
计算化学是指利用计算机模拟、计算等手段研究分子结构、性质和反应规律的一门学科。
它是化学科学的一种广泛应用领域，已经成为化学研究的重要组成部分。
本文将具体介绍化学中的计算化学理论，包括分子轨道理论、密度泛函理论和量子化学。
一、分子轨道理论分子轨道理论是化学中的计算化学理论中较为经典的理论之一，它的核心思想是运用量子力学的原理，通过计算得到分子中的分子轨道及其能级分布，从而揭示分子的电子结构、性质等信息。
分子轨道理论是通过计算得到分子中的分子轨道及其能级分布来揭示分子电子结构、性质等信息。
分子轨道方程式基本是由原子轨道线性组合而成。
该理论的发展过程经历了三个阶段：第一阶段是从分子解离中根据实验结果发展而来的。
在该阶段，计算化学主要关注的是分子中的所有电子都规律地存在于其能量最低的情况，即氢分子。
第二阶段是对自洽场方法的发明和出现。
该方法允许考虑原子与相互作用的大小，给出了更准确地分子轨道能。
第三阶段是利用了更多现代计算机方法和程序的方法。
其中，Hartree-Fock (HF) 理论作为一种较为流行的描述分子能量和轨道的方法，目前已经广泛应用于计算文献中。
泛函密度理论 (DFT) 是将电子电荷密度作为变量的理论。
这个方法的主要优点是计算周期性体系的电子构型和能量，它能够准确地描述分子的电子结构和量子化学反应。
我们将在后面继续说明这个方法。
二、密度泛函理论密度泛函理论是计算化学领域中最为发达的理论之一，它利用微观分子结构某些点土上密度函数 (电子密度函数) 的性质，建立分子和原子间相互作用的模型，从而对各种物质性质进行计算。
密度泛函理论是一种基于电荷密度分布的方法，不考虑每个电子的行为。
其关键在于，通过对电子密度作用能的近似处理，得到了微观物理系统的描述。
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。
能带理论--分子轨道理论简介
分子轨道理论简介文章来源：/newsite/Web%20Page/GeneralChem/kechengneirong/09/9-4-1.htm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，能成功地解释了共价分子的空间构型，因而得到了广泛的应用。
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（molecular orbital theory），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。
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。
理论计算与实验研究在化学中的应用
理论计算与实验研究在化学中的应用近年来，化学的研究越来越多地应用了理论计算和实验研究的方法，这些方法不仅可以帮助化学家更好地理解分子结构和反应机制，还可以指导分子设计和化学合成。
本文将从理论计算和实验研究两个方面讨论它们在化学中的应用。
一、理论计算在化学中的应用1. 分子轨道理论分子轨道理论是用量子力学原理描述分子电子运动状态的一种理论。
它通过模拟分子中每个原子的轨道电子的运动状态，能够预测分子的电子结构和性质。
它在新药研发、催化剂设计和材料科学中的应用越来越广泛。
例如，在新药研发中，分子轨道理论能够分析药物分子的结构、分子间相互作用和药效等特征，从而指导药物分子的设计和优化，加速药物研发的进程。
2. 密度泛函理论密度泛函理论是一种计算过程中能够考虑电子间相互作用的理论。
它通过分析电子密度来计算化学反应的各种性质，例如原子和分子的能量、结构、振动和光电学性质等。
它在有机电子材料、催化剂、光催化等领域应用广泛。
例如，在催化剂设计中，密度泛函理论可以计算催化剂表面的反应中间体和过渡态能量，从而挑选更有效的催化剂。
此外，它还可以通过计算光吸收和光致发光的性质来优化光电转换材料的性能。
二、实验研究在化学中的应用实验研究也是化学研究不可或缺的一部分。
实验研究可以用来验证理论计算的结果，同时也可以用来开发新的反应和合成路线。
1. X射线晶体学X射线晶体学是一种用于测量晶体中分子三维结构的技术。
它通过分析X射线在晶体中的散射模式来获得分子的结构信息。
它在化学合成、蛋白质结构分析等领域中广泛应用。
例如，在药物合成中，X射线晶体学能够确定药物分子的三维结构，有助于分析药物分子与靶标之间的相互作用，推荐更有效率的药物分子。
2. 核磁共振核磁共振是一种利用核磁共振现象来探测样品中原子核性质和分子结构的方法。
它可以用来测定磁共振谱图，进一步分析分子的结构特征。
在有机、无机化学中有广泛的应用。
例如，在有机合成中，核磁共振技术能够确定已知化合物和中间体之间的结构关系，分析反应中未知化合物的结构，从而指导有机合成的反应设计和优化。
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姓名：班级：学号：v分子轨道理论（Molecular Orbital ，简称MO ）最初是由Mulliken 和Hund 提出，经过Huckel （简单分子轨道理论，简称HMO）, Roothaan （自洽场分子轨道理论），福井谦一（前线分子轨道理论，简称FMO）, Woodward和Hofmann （分子轨道对称守恒原理）等众多科学家的不断探索，形成了一套成熟的理论，与价键理论（VB）和配位场理论（LF）—通解决分子结构问题。
分子轨道理论经过半个世纪的迅猛发展，已经成为当代化学键理论的主流。
如今多用于共轭分子的性质的研究，量子化学的研究，分子的化学活性和分子间的相互作用的研究，基元化学反应的研究，指导某些复杂有机化合物的合成。
1 分子轨道理论分子轨道理论的基本观点是把分子看做一个整体，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。
分子中每个垫子是在原子核与其他电子组成的平均势场中运动，其运动状态可用单电子波函数表示，称为分子轨道[1]。
1.1 分子轨道理论的产生1926-1932年，在讨论分子（特别是双原子分子）光谱是，Mulliken⑵和HuncP] 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。
他们还提出能级相关图和成键、反键轨道等重要概念。
1931-1933年，Huckel提出了一种简单分子轨道理论（HMO）⑷，用以讨论共轭分子的性质，相当成功，是分子轨道理论的重大进展。
1951年，Roothaan在Hartree-Fock方程[5]⑹的基础上，把分子轨道写成原子轨道的线性组合，得到Roothaan方程⑺。
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-Fock-Roothaan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。
分子轨道理论教学课件
密度泛函理论
01
密度泛函理论是一种更高效的计算方法，它将多电子系统的薛 定谔方程简化为单电子系统的方程。
02
它通过电子密度而不是波函数来描述多电子系统，从而大大减
少了计算量。
密度泛函理论在计算化学中得到了广泛应用，可以用于预测分
03
子的电子结构和性质。
分子力学方法
1
分子力学方法是一种基于经典力学原理的计算方 法，它通过势能面来描述分子的运动。
分子轨道理论认为分子中的电子是在一系列的分子轨道上运 动，每个分子轨道都由一个波函数表示，描述了电子在分子 中的运动状态。
分子轨道理论的发展历程
分子轨道理论的起源可以追溯到20世纪初，当时科学家开始尝试用量子力学来描述 分子中的电子行为。
在20世纪30年代，德国物理学家马克思·玻恩和英国化学家罗伯特·玻恩等人发展了 分子轨道理论的基本框架，为后续的研究奠定了基础。
或能级表。
分子轨道能级与化学反应的关系
03
分子轨道能级与化学反应的活化能、反应速率和反应机理等密
切相关，是理解和预测化学反应的重要依据。
03
分子轨道的计算方法
哈特里-福克方法
01
哈特里-福克方法是分子轨道理论 中最早的数值计算方法，它基于 变分原理，通过求解薛定谔方程 来计算分子轨道。
02
该方法适用于较小的分子，但对 于较大的分子和复杂的化学环境 ，计算量会变得非常大。
原子轨道有特定的形状和取向，如球 形、哑铃形、纺锤形等，这些形状和 取向决定了原子中电子云的分布。
分子轨道的形成
1 2 3
分子轨道的概念
分子轨道是指由两个或多个原子轨道相互作用形 成的能量状态，是分子整体的运动状态。
金属配合物分子轨道理论
金属配合物的多重激发态和反应中间态的计算和预测是一个尚未完 全解决的问题。
金属配合物分子轨道理论的发展趋势与展望
发展更精确的电子结构理论方法
随着量子化学计算方法的不断进步，未来将发展出更精确的电子结构理论方法，以更准 确地描述金属配合物的结构和性质。
深入研究配体与金属的相互作用
能级
稳定性
金属配合物的稳定性与其能级和电子 排布有关，通常具有较低的能量和稳 定的电子排布的金属配合物较为稳定 。
金属配合物的能级由其分子轨道的能 量决定，包括成键能级和反键能级。
03
CATALOGUE
金属配合物的稳定性与反应性
金属配合物的稳定性
总结词
金属配合物的稳定性主要取决于其分子轨道的能级和电子排布。
金属配合物分子轨道理论的历史与发展
早期发展
金属配合物分子轨道理论起源于20世纪初期，早期的研究 主要集中在简单金属配合物的电子结构。
现代进展
随着计算化学和理论物理的发展，现代的金属配合物分子 轨道理论已经能够处理更为复杂的体系，包括过渡金属和 稀土元素配合物、多核金属配合物等。
未来展望
未来的研究将进一步深化对金属配合物电子结构和性质的 认知，探索新型金属配合物在能源、催化、生物医学等领 域的应用。
在材料科学中的应用
催化剂设计
金属配合物分子轨道理论可以用 于设计具有特定催化性能的催化 剂，如烯烃聚合、烷基化等反应
的催化剂。
磁性材料研究
通过金属配合物分子轨道理论，可 以深入理解磁性材料的电子结构和 磁学性质，为新型磁性材料的设计 提供理论支持。
光电材料
金属配合物具有丰富的光电性质， 金属配合物分子轨道理论有助于深 入理解其光电转换机制，为新型光 电材料的设计提供指导。
第七章 分子轨道理论及其在有机化学中地应用
H 18 H58
H 41 H81
H 44 H84
H 45 H 48
H 85
H 88
1 α α α α
4
α
第三节对称性分解久期方程
这样，久期方程分别为：
αE
β
Au :
0 β αβE
求解各个久期方程 （以β为能 量单位；以α为能量零点）：
E 2 E 1 0; E 1 2
总之，应用各种积分值Hii、Hij、Sij(通常称为 矩阵元)就可以借LCAO－MO近似法计算分子轨 道的能量及分子轨道。
第二节HMO(休克尔分子轨道法)
为了计算方便，通常我们还要做进一步的近 似。1931年Hückel提出了一个处理共轭π电子体 系的分子轨道理论，简称HMO。
HMO法是个经验性的近似方法，定量结果的 精确度不高，但在预测同系物的性质、分子的稳 定性和化学反应性能，解释电子光谱等一系列问 题上显示高度概括能力，至今仍广泛应用。
ψ10
0
H8,10
=0 H9,10
H 10,10 E
第三节对称性分解久期方程
注意：此处许多矩阵元等于零，并没有引入任何近 似，这与前面HMO法使得矩阵元为零是不一样的。
这样，利用对称性就将10阶行列式约化成了 两个2阶和两个3阶行列式。最终得到：
H11 E H12 0 H21 H22 E
第三节对称性分解久期方程
用原子轨道基集合导出的萘的久期方程是一 个十阶行列式，求解比较困难。但是如果我们选 择用10个正交、归一的群轨道(SALC)去导出萘的 久期方程的话，就会发现十阶行列式可以分解为 多个低阶行列式，从而将计算大大简化。
第三节对称性分解久期方程
具体步骤如下： (1)利用原子轨道的集合作为群表示的基，并约化所得的
分子轨道理论介绍课件
未来研究方向
01
量子化学 计算方法 的发展
02
电子结构 理论的完 善
03
化学反应 机理的研 究
04
生物大分 子结构的 研究
分子轨道理论在无 机化学中的地位
● 原子结构：原子的电子排布和化学键的形成 ● 化学平衡：化学反应的平衡条件和平衡常数 ● 热力学：化学反应的热力学数据和热力学函数 ● 动力学：化学反应的速率和机理 ● 电化学：电化学反应的机理和电极电势 ● 结构化学：分子和晶体的结构和性质 ● 配位化学：配位化合物的形成和性质 ● 光谱学：原子和分子的光谱分析和结构鉴定 ● 量子化学：量子力学在化学中的应用和计算化学 ● 分子轨道理论：分子轨道理论的基本概念和原理，以及其在无机化学中的应用
04
预测分子稳定性和 反应活性
化学反应机理分析
分子轨道理论 可以解释化学 反应的机理
01
分子轨道理论 可以解释化学 反应的立体选 择性
03
02
通过分子轨道 理论可以预测 化学反应的产 物和速率
04
分子轨道理论 可以解释化学 反应的电子效 应
光谱学解释
分子轨道理论可以解释分 子的电子能级和光谱性质
分子轨道：原 子轨道的组合， 形成分子轨道
3
排布方式：根 据原子轨道的 能级和形状进
行排布
2
填充规则：遵 循能量最低原 理和保里不相
容原理
4
影响因素：分 子轨道的能级、 形状和重叠程
度
分子轨道理论的 应用
分子结构预测
01
利用分子轨道理论预 测分子的几何构型
02
预测分子轨道能级 和电子排布
03
预测分子光谱性质 和化学反应性质
04 指导无机材料设计和合成： 分子轨道理论可以指导无机 材料的设计和合成，为无机 化学研究和应用提供新的材 料和方法。
分子轨道理论及其在原子结构中应用教案
分子轨道理论及其在原子结构中应用一、教案的基本信息二、教学目标1.了解分子轨道理论的发展历程；2.理解分子轨道理论的基本概念与原理；3.学会应用分子轨道理论解释分子结构和化学性质；4.培养学生的科学研究能力和创新精神。
三、教学内容与教学方法1.教学内容：（1）分子轨道理论的基本概念和原理；（2）分子轨道理论在分子结构和化学性质中的应用；（3）分子轨道理论的发展历程和研究进展。
2.教学方法：（1）主题讲授法，介绍分子轨道理论的基本概念和原理；（2）案例分析法，讲解分子轨道理论在分子结构和化学性质中的应用；（3）文献阅读法，了解分子轨道理论的发展历程和研究进展。
四、教学过程与时间安排第一课时：分子轨道理论的基本概念和原理1.介绍分子轨道理论的概念和产生的背景和意义（20分钟）；2.讲解分子轨道理论的基本原理和构建模型的方法（30分钟）；3.展示模型和演示计算两个氢原子形成氢分子的分子轨道过程（40分钟）。
第二课时：分子轨道理论在分子结构和化学性质中的应用1.介绍分子轨道理论的化学意义和应用范围（20分钟）；2.通过实例分析，讲解分子轨道理论在化学键、杂化轨道和反键轨道中的应用（50分钟）；3.讨论分子轨道理论在解释化学反应机理中的作用（30分钟）第三课时：分子轨道理论的发展历程和研究进展1.介绍分子轨道理论的发展历程和研究进展（40分钟）；2.学生小组阅读文献，汇报分子轨道理论的最新研究成果（60分钟）。
五、教学评价与课后作业1.教学评价：（1）学生参与度和表现；（2）学生对分子轨道理论的理解和应用能力；（3）学生的小组汇报和课堂讨论。
2.课后作业：（1）阅读相关文献，了解分子轨道理论的最新研究成果；（2）解答课堂讨论中的问题；（3）选取一种分子，采用分子轨道理论解释其结构和化学性质。
六、教学资源要求教学软件：分子轨道模拟软件。
教学资料：分子轨道理论相关文献、分子结构和化学性质相关文献。
实验器材：计算机、投影仪、幻灯片。
配位化学论文(分子轨道理论的发展及其应用)【最新版】
配位化学论文(分子轨道理论的发展及其应用)一、前言价建理论、分子轨道理论和配位场理论是三种重要的化学键理论。
三、四十年代，价键理论占主要的地位。
五十年代以来由于分子轨道理论容易计算且得到实验(光电能谱)的支持，取得了巨大的发展，逐渐占优势。
价建理论不但在理论化学上有重要的意义(下文中将详细介绍)。
在应用领域也有重要的发展，如分子轨道理论计算有机化合物的吸收光谱用于染料化学;前线分子轨道理论在选矿中的研究等等。
二、简介1、分子轨道理论产生和发展在分子轨道理论出现以前，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，能成功地解释了共价分子的空间构型，因而得到了广泛的应用。
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(molecular orbital theory)，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。
目前，该理论在现代共价键理论中占有很重要的地位。
以下是各个年代提出的关于分子轨道理论的一些重要理论和方法，是分子轨道理论发展过程中的几个里程碑!1926-1932年，在讨论分子光谱时，Mulliken和Hund提出了分子轨道理论。
认为:电子是在整个分子轨道中运动，不是定域化的。
他们还提出能级图、成键、反键轨道等重要的概念。
1931-1933年，Hukel提出了一种简单的分子轨道理论，用于讨论共轭分子的性质，相当成功。
1950年，Boys用Guass函数研究原子轨道，解决了多中心积分问题，是今天广为利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。
1951年，Roothaan在Hartree-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Roothaan方程。
1952年，福井谦一提出前线分子轨道理论，用以讨论分子的化学活性和分子间相互作用等，可以解释许多实验结果。
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。
结构化学 应用分子轨道理论处理双原子分子结构
应用分子轨道理论处理双原子分子结构1101班阮赛摘要：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,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。
本文就分子轨道理论介绍及应用于双原子分子的一些内容作简单介绍。
关键词：分子轨道理论、、成建轨道、反键轨道、对称性匹配、最大重叠、能量相近, σ键、π键、键级、顺磁性、反磁性等。
背景:从20世纪30年代初，由Hund，Mulliken，Lennard-Jones开创，Slater，Hückel，Pople发展至今。
该方法的分子轨道具有较普通的数学形式，较易程序化。
六十年代以来，随着计算机的发展，该方法得到了很大的发展。
如Pople等研制的Gaussian从头算程序, 已成为当今研究化学键理论的主流方法.一、分子轨道理论（Molecular orbital theory）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力场范围内运动。
正如在原子中每个电子的运动状态可用波函数（ψ）来描述那样，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 (linear combination of atomic orbitals 的缩写)。
组合形成的分子轨道数目与组合前的原子轨道数目相等。
如两个原子轨道ψa和ψb线性组合后形成两个分子轨道ψ1和ψ2ψ1 = c1ψa +c2ψb ；ψ2= c1ψa -c2ψb这种组合和杂化轨道不同，杂化轨道是同一原子内部能量相近的不同类型的轨道重新组合，而分子轨道却是由不同原子提供的原子轨道的线性组合。
原子轨道用s、p、d、f……表示，分子轨道则用σ、π、δ……表示。
【论文】分子轨道理论的发展及其应用(化教1班 王玥珉)
分子轨道理论的发展及其应用王玥珉（安庆师范学院化学化工学院12级化学1班160112008）摘要：分子轨道是指分子中每个电子是在原子核与其他电子组成的平均势场V中运动,其运动状态可用单电子波函数ψi表示.分子轨道理论的基本观点是把分子看做是一个整体,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,分子轨道理论是基于单电子近似来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.现常用休克尔分子轨道理论、前线轨道理论来表示分子轨道理论,分子轨道理论在用来解释配合物的稳定性、芳香性物质的稳定性以及有机化学中的迪尔斯阿尔德反应的运用中有着明显的优势,在未来的发展中分子轨道将会走出理论向着实际应用的方向发展.关键词：分子轨道；分子结构分子轨道理论（Molecular Orbital，简称MO）最初是由Mulliken和Hund提出，经过Huckel （简单分子轨道理论，简称HMO），Roothaan（自洽场分子轨道理论），福井谦一（前线分子轨道理论，简称FMO），Woodward和Hoffmann（分子轨道对称守恒原理）等众多科学家的不断探索，形成了一套成熟的理论，与价键理论（VB）和配位场理论（LF）一通解决分子结构问题。
分子轨道理论经过半个世纪的迅猛发展，已经成为当代化学键理论的主流。
如今多用于共轭分子的性质的研究，量子化学的研究，分子的化学活性和分子间的相互作用的研究，基元化学反应的研究，指导某些复杂有机化合物的合成。
一、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,Mulliken1和Hund2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。
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。
化学反应过程中的理论计算方法
化学反应过程中的理论计算方法随着计算机技术的不断发展和完善，计算化学得到了广泛应用。
在化学反应过程中，理论计算方法可以为实验提供重要的指导和解释。
本文将简要介绍几种常见的理论计算方法及其应用。
1. 分子轨道理论分子轨道理论是计算化学中的基本理论，它是由量子力学原理推导出的。
人们利用分子轨道理论可计算分子的各种性质，如分子组成、几何构型、电性质等。
分子轨道理论的主要基础是电子波函数的求解。
电子波函数被描述为分子轨道的线性组合，电子波函数的求取需要应用数值方法。
针对各种不同形态分子的分子轨道理论模型也不同，如针对大分子的近似分子轨道方法，针对电子弱相互作用的扰动理论方法等。
分子动力学模拟是分子轨道理论的应用之一。
分子动力学模拟计算分子的物理参数，如倾角、分子间距等。
利用该方法，科学家可以预测反应过程中的能量变化、时间变化、分子运动等信息。
2. 热力学量化方法热力学量化方法描述化学反应中各种元素被分解的平衡状态。
包括几种方案，如：a. 广义化学平衡：描述反应系统在一定范围内的化学平衡状态，可以计算反应产物的成分以及化学反应所伴随的热量变化。
b. 完全产物排除：针对不完全平衡反应，例如酸碱中和反应，在反应过程中只计算反应物的反应特征，而不考虑产物的质量。
c. 化学反应动力学：研究反应过程中各种物质的浓度变化情况，可以预测化学反应过程以及反应速度的变化。
热力学量化方法主要应用在工业化学、金属冶炼等相关领域。
针对一些优化性能的反应系统设计，热力学量化方法可以指导反应器的设计、选料等方面的工作。
3. 密度泛函理论密度泛函理论是一种计算电子状态的理论方法，它是基于量子力学的理论，用于计算材料属性和反应动力学。
密度泛函理论可以分为两种类型-局部密度近似和广义梯度近似。
密度泛函理论的核心是描述每个自旋电子的电子密度函数。
利用精确的基态下的电子密度进行反应势能面的计算。
密度泛函理论包含了多个被用作数据资源的计算方法、算法和程序，例如VASP、Quantum Espresso等。
局域化分子轨道理论的应用
局域化分子轨道理论的应用分子轨道理论作为研究分子性质和反应机理的重要工具之一，已经得到了广泛的应用。
其中，局域化分子轨道理论作为一种有效的电子结构计算方法，具有较高的精度和计算效率，在药物研发、催化剂设计、材料物理等领域中得到了广泛的应用。
一、局域化分子轨道理论简介局域化分子轨道理论是将分子轨道展开成一组局域化轨道的方法。
通过优化这些局域化轨道的系数，可以得到分子轨道的近似解。
其中，近似解的精度和所选取的局域化轨道的数量及其系数有关。
一般而言，局域化分子轨道理论的计算精度比分子轨道理论要高，但也存在计算复杂度较高的问题。
二、局域化分子轨道理论在药物研发中的应用作为一种有效的电子结构计算方法，局域化分子轨道理论在药物研发领域中具有广泛的应用。
其主要应用包括：1. 药物分子的设计和合成：通过计算分子的电子结构，确定分子的稳定性和活性。
同时，局域化分子轨道理论也可以预测分子的光学性质和药物性质，从而帮助药物研发人员更好地设计和合成药物分子。
2. 药物的作用机理研究：局域化分子轨道理论可以用来研究药物的作用机理。
通过计算药物分子与目标分子的相互作用，可以预测药物的作用方式和效果，帮助药物研发人员了解药物与生物分子之间的作用机理。
3. 药物代谢研究：通过计算药物分子在体内的代谢途径，可以预测药物代谢产物的结构和性质，帮助药物研发人员了解药物分子在体内代谢的过程和机理。
三、局域化分子轨道理论在催化剂设计中的应用催化剂作为化学反应中的重要催化剂，具有广泛的应用。
而局域化分子轨道理论也可以用来设计和优化催化剂分子。
其主要应用包括：1. 催化剂的设计：通过计算催化剂分子的电子结构和反应机理，可以预测催化剂的催化性能和反应活性，从而帮助催化剂工程师设计和合成更加高效和具有特定功能的催化剂。
2. 催化剂的优化：通过优化催化剂分子的结构和性质，可以提高催化剂的催化活性和选择性。
局域化分子轨道理论可以帮助催化剂工程师优化催化剂分子的结构和性质，从而提高催化剂的催化性能和反应活性。
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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。
2、分子轨道的含义：分子中的电子能级称为分子轨道。
分子轨道可以通过相应的原子轨道线性组合而成。
有几个原子轨道相组合，就形成几个分子轨道。
在组合产生的分子轨道中，能量低于原子轨道的称为成键轨道；高于原子轨道的称为反键轨道；无对应的（能量相近，对称性匹配）的原子轨道直接生成的称为非键轨道。
原子A及B相互作用，即可形成分子A-B中的两个分子轨道，其中一个分子轨道能量比原来的轨道要低，叫分子的成键轨道；而另一个则比原来要高，叫反键轨道。
例如，两个H原子相互作用形成H2分子时，其分子轨道能级上的电子排列情况可用线性组合图来表示，其上反键轨道是空着的。
3、构成分子轨道的方法：[轨迹原则]原子轨道在组成分子轨道时候，必须满足下面三条原则才能有效的组成分子轨道：（1）对称性匹配原则：两个原子轨道的对称性匹配的时候它们才能够组成分子轨道。
（2）能量近似原则：原子轨道之间的能量相差越小，组成的分子轨道成键能力越强，称为“能量近似原则”。
（3）最大重叠原则：原子轨道发生重叠时，在可能的范围内重叠程度越大，形成的成键轨道能量下降就越多，成键效果就越强，即形成的化学键越牢固，这就叫最大重叠原则。
[分子形成原则]当形成了分子时，原来处于分子的各个原子轨道上的电子将按照泡利不相容原理，能量最低原理，Hund规则这三个原则进入分子轨道。
这点和电子填充原子轨道规则完全相同。
三、分子轨道理论的应用及成就：○1分子轨道理论与多原子分子的几何构型：分子轨道理论在解释分子的电子结构、分子的反应活性、磁性等方面比较成功,可是用于解释分子的几何构型,始终未能取得令人满意的结果,多数文献在讲分子轨道理论时,只注重在分子的活性及电子结构、磁性方面的应用,而对分子的几何构型避而不谈,或一代而过,导致对分子轨道理论的片面认识。
定性讨论分子轨道理论与多原子分子的几何构型问题的基本思想：（1）根据价对互斥理论估计分子的几何构型和对称性(属什么点群)。
（2）从点群的不可约特征标表,进一步确定多原子分子AXn(n≥2)的中心原子A 价轨道的对称性(它们属于什么不可约表示)。
（3）确定和区分配位原子X的价轨道或基团的6价轨道或7r价轨道的对称性。
以价轨道的集合为基向量施行群动作，约化之。
（4）按原子轨道的能量相近原则、对称性匹配原则,组建分子轨道。
一般说,如果一个分子轨道在能量上与一个构成它的原子轨道比另一个构成它的原子轨道更接近得多,则它具有第一个原子轨道的性质就比第二个原子轨道多得多。
（5）把价电子按能级高低顺序依次填人分子轨道,电子尽量避免进入反键轨道,其能级高低顺序为:成键轨道<非键轨道<反键轨道。
（6）中心原子八中的价轨道,尽量不杂化（因杂化需要能量）。
○2Adsorption affinity of certain biomolecules onto polymeric resins:Interpretation from molecular orbital theory（由分子轨道理论推演得出某种特定的生物聚合树脂分子的吸附亲合性）Molecular interactions have been studied for adsorption of certain biomolecules in aqueous solutions using two different types of polymeric resins as adsorbents. Molecular modeling study is based on molecular orbital theory. Adsorption affinity expresses as the slope of the linear region of the isotherm for a solute is found to be different for different adsorbents, and this difference can be interpreted from the differences in sorbent surface chemistry and morphological structure. The adsorptive interaction on the polymeric resins computed on the basis of frontier orbital theory seems to correlate well with the experimentally measured adsorption affinity. Electronic states of adsorbent and adsorbate were calculated usingthe semiempirical molecular orbital (MO) method fromwhich energy of adsorption in aqueous solution was estimated. It was found that charge transfer interaction plays an important role in the adsorption of certain biomolecules on aqueous solution. The experimentally measured enthalpy of adsorption seems to correlate well with the adsorptive interaction energy computed from molecular orbital theory.分子间的相互作用的学习是为了研究在含有两种不同的聚合树脂做吸附剂的水溶液中的某种生物分子的吸附作用，分子模拟学习是基于分子轨道理论。
吸附力是以某一溶质的恒温线上某一点的斜率表示，研究发现，在不同的吸附剂中吸附力不同，而且这种不同可以从吸附剂的表面化学和形态结构的不同中得到解释。
根据前线分子轨道理论计算的聚合树脂的吸附相互作用跟实验上测量的吸附力很接近。
吸附剂和被吸附物的电子态的计算是使用半经验的分子轨道类函数估算在水溶液中的相互作用的能量。
研究发现，电荷转移相互作用在水溶液中某种生物分子的吸附作用扮演重要角色。
用实验方法测的的吸附热函在数值上和根据分子轨道理论计算出的吸附的相互作用能很接近.○3前线分子轨道理论在选矿中的应用目前，选矿工作者从分子层面对硫化矿浮选理论进行解释，其中有代表性的理论为前线分子轨道理论、量子化学计算、固体能带理论等。
其中前线分子轨道理论，简称前线轨道理论，是由日本化学家福井谦一于1952年提出的。
福井谦一认为分子中存在像原子中价电子那样活泼的分子轨道，其中包括能量最高的电子占有轨道，简称为HOMO，能量最低的电子未占轨道，简称为LUMO，两者统称“前线分子轨道”福井谦一认为，在分子中，能量最高的电子占有轨道（HOMO）上的电子能量最高，所受束缚最小，故最活泼；而能量最低的电子未占轨道（LUMO）在所有的未占轨道中能量最低，容易接受电子。
故分子的电子得失和转移能力决定于HOMO和LUMO，分子间反应的空间取向等重要化学性质也决定于 HOMO 和LUMO分子进行化学反应时，只和前线分子轨道有关，最高占据轨道居有特殊地位，反应的条件和方式取决于前线轨道的对称性。
从前线分子轨道理论的观点出发，学者通过研究硫化矿浮选认为：在参与反应的药剂分子中，HOMO上的电子最活泼，HOMO 电子云密度越大的地方，给出电子可能性也越大，因此，这些HOMO 电荷密度最大的原子上反应也更易发生HOMO 上电子在各原子上的分布情况则直观地反应于 HOMO的形状。
研究成果：1）单偶氮类药剂对硫化矿无抑制作用，双偶氮药剂的抑制作用不明显，三偶氮类药剂对硫化矿具有很强的抑制作用。
依据前线分子轨道理论分析表明偶氮药剂反应活性基团是偶氮基团和与之相连的苯环或萘环及极性基团-NH₂等基团，而极性基团-OH -NO₂ -SO₃H -COOH 等只起亲水作用。
2）偶氮类药剂分子结构是影响硫化矿物抑制能力的最主要因素。
单偶氮类药剂对硫化矿物无抑制作用，不宜作硫化矿抑制剂。
对双偶氮类和三偶氮类药剂分子结构分析及试验结果表明，当分子结构只含苯环时，偶氮类药剂对硫化矿物没有任何抑制作用；当分子结构中既含有苯环又含有萘环时，其对硫化矿物有抑制作用。