Question

高中化学竞赛问题~~~~~~~~~~

我想请教一下，这个化学键和电子轨道这方面的问题~~~~~怎么都不大了解啊~~~

Answer 1

分子轨道理论详解
我们把原子通过共用电子对结合的化学键成为共价键（covalent bond）。路易斯（G.N.Lewis）曾经提出原子共用电子对成键的概念，也就是俗称的“八隅律”（高中阶段也只是停留于此）。
然而，我们知道很多现实情况都无法用八隅率解释，包括：PCl5，SCl6分子。更重要的是，八隅率从来没有本质上说明共价键的成因：为什么带负电荷的两个分子不会排斥反而是互相配对？
随着近代的量子力学（quantum mechanics）的建立，近代形成了两种现代共价键理论，即是：现代价键理（valence bond theory）简称VB（又叫作电子配对法）以及分子轨道理论（molecular orbital theory）简称MO。价键理论强调了电子对键和成键电子的离域，有了明确的键的概念。也成功的给出了一些键的性质以及分子结构的直观图像。但是在解释H2＋氢分子离子的单电子键的存在以及养分子等有顺磁性或者大∏键的某些分子结构时感到困难。而分子轨道理论可以完美的进行解释，这里我就主要阐述MO法的相关理论。
洪特（Hund）和密里肯（R.S Mulliken）等人提出了新的化学键理论，即是分子轨道理论。这是人们利用量子力学处理氢分子离子而发展起来的。
（一）氢分子离子的成键理论。氢分子离子（H2＋）是由两个核以及一个电子组成的最简单分子，虽然不稳定，但是确实存在。如何从理论上说明氢分子离子的形成呢？分子轨道理论把氢分子离子作为一个整体处理，认为电子是在两个氢核a和b组成的势场当中运动。电子运动的轨道既不局限在氢核a的周围，也不会局限于氢核b的周围，而是遍及氢核a和b。这种遍及分子所有核的周围的电子轨道，成为“分子轨道”。如何形成这样的分子轨道呢？我们必须通过波函数来描述原子当中的运动状态，而波函数势薛定谔方程的解。因为得到精确的薛定谔方程的解势很困难的因此我们才去了近似方法，假设分子轨道是各个原子轨道的组成。仍然以氢分子离子为例：当这个单电子出现了一个氢原子核a附近时候，分子轨道Ψ很近似于一个院子轨道Ψa。同样，这个电子出现在另外一个氢原子b附近时候，分子轨道Ψ也很像原子轨道Ψb。不过这个只是两种极端情况，合理的应该是两种极端情况的组合即是Ψa与Ψb的组合。分子轨道理论假定了分子轨道是所属原子轨道的线性组合（linear combination of atomic orbital，简称LCAO），即是相加相减而得得。例如氢分子离子当中就有：ΨI＝Ψa＋Ψb<BR>ΨII＝Ψa－Ψb
其中Ψa和Ψb分别是氢原子a以及氢原子b的1s原子轨道。它们的相加相减分别可以得到ΨI以及ΨII。相加可以看出处在相同相位的两个电子波组合时候波峰叠加，这样可以使得波增强。如果两个波函数相减，等于加上一个负的波函数，因此相减可以看成是有相反相位的两个电子波组合时的波峰叠加，这样似的波消弱或者抵消。故在ΨI当中，波函数数值和电子出现的几率密度在两个核当中明显增大，相应的能量比氢原子1s轨道能量低，进入这个轨道的电子将促进这个两个原子的结合因此成为“成键轨道”（bonding orbital），用δ1s表示。ΨII当中的波函数值在两核中间为零，电子在两核出现的几率很小，甚至为0，其电子能量高于氢原子的1s轨道，进入这个轨道的电子将促使这个两个原子分离，所以称为反键轨道（antibonding orbital）用δ1s*表示。ΨI以及ΨII原子轨道能量之差基本相同，符号相反。如果两个原子轨道的能量不一样高，则它们所组成的分子轨道中，能量低的成键轨道比原来能量低的原子轨道的能量还低；能量高的反键轨道比原来能量高的原子轨道能量还高。
从氢分子离子的形成可以得出分子轨道理论是着眼于整个分子，把分子作为一个整体来考虑。分子当中的电子是在多个原子核以及电子的综合势场中运动。因此没有明确的“键”的概念。
现在将分子轨道理论扼要的介绍如下：
1。分子当中的电子在遍及整个分子范围内运动，每一个电子的运动状态都可以用一个分子波函数（或者称为分子轨道）Ψ来描述。|Ψ|^2表示了电子在空间各处出现的几率密度。
2。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，能量地域原子轨道的称为成键轨道；高于原子轨道的称为反键轨道。
3。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）对称性匹配原子：两个原子轨道的对称性匹配时候她们才能够组成分子轨道。那么什么样子的原子轨道才是对称性匹配呢？可将两个院子轨道的角度分布图进行两种对称性操作，即旋转核反映操作，旋转势绕键轴（以x轴为键轴）旋转180度，反映是包含键轴的某一个平面（xy或者xz）进行反映，即是照镜子。若操作以后她们的空间位置，形状以及波瓣符号均没有发生改变称为旋转或者反应操作对称，若有改变称为反对称。两个原子轨道旋转，反应两种对成行操作均为对称或者反对称九成为两者“对称性匹配”。s和px原子轨道轨道对于旋转以及反应两个操作均为对成；px以及pz原子轨道对于旋转以及反应两个操作均是反对成，所以她们都是属于对称性匹配，可以组成分子轨道，同理我们还可以得到py与py，pz与pz原子轨道也是对称性匹配。
（2）能量近似原则：当参与组成分子轨道的原子轨道之间能量相差不是太大时候，不能有效的组成分子轨道。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“能量近似原子”。
（3）最大重叠原子：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。
4。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保利不相容原理，能量最低原理，洪特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。在价键理论当中共价键可以分为δ和∏键。在分子轨道当中我们如何区分δ和∏键呢？在氢分子离子形成过程当中我们看到了由两个1s轨道形成了一个成键的δ1s轨道（形状像橄榄）和另一个反键δ1s*（形状像两个鸡蛋）。凡是分子轨道对成周形成圆柱形对成的叫做“δ轨道”。在成键δ轨道上的电子称为“成键δ电子”，她们使得分子稳定化；在反键δ*轨道上的电子称为“反键δ电子”，她们使得分子有解离的倾向。由成键δ电子构成的共价键称为δ键。同样，我们可以用参加组合的原子轨道图形，按照一定的重叠方式定性的绘出其他的分子轨道。比如沿着x轴考紧则两个px轨道将“头碰头”的组成两个δ型分子轨道，如果时py和py，pz和pz就是“肩并肩”的组合称为另一种形状的分子轨道，称为∏轨道。它们有一个通过键轴与纸面垂直的对称平面，好像两个长型的冬瓜，分别置于界面的上下。成键∏轨道上的电子叫做成键∏电子，她们使得分子稳定。反键∏2p*轨道，她们能量较高，好像四个鸡蛋分别置于节面上下。反键∏轨道上的电子叫做“反键∏电子”，她们有使得分子解离的倾向。由成键∏电子构成的共价键称为“∏键”，由两个p原子轨道形成的∏键称为p－p∏键。处此之外，p轨道还可以和对称性的d轨道形成p－d∏键，例如px－dxz。相同对称性的d轨道之间还能形成d－d∏键，例如dzx－dzx。我们可以看出，无论是δ型轨道还是∏轨道，成键轨道中的都是电子云在两核之间的密度比较大，因此有助于两个原子的组合。在反键轨道中，电子云原理两核中间区域偏向于两核的外测，从而使得两个原子的分离。

Answer 2

呵呵 你写的书上都有
但能看懂吗！
你写出二阶偏微分，他能懂嘛！
呵呵 大概你也不懂吧！你把分子轨道，前线轨道都摆上
，你还怕我不懂吗？
你要先举例再说理论吗！再由杂化理论，经典价键理论不能解释，最后再引申到分子轨道理论！
会当老师不？

以上纯属梦话，仅供玩笑，你如果学完理论会开心，这不是很好吧！忠告一点，化学理论很复杂的原因是——————每个理论都不完美，都不能解释全部东东。这就要归归类啦。学习分子轨道时，要从实例入手（我是这末作的），什么波函数一概不论，二阶偏微分不管。只记结论就可以拉。
你不是大学生吧，要是的话呢！也要大二才会的啦。高中竞赛的就不用管了。这是方法，分子轨道满街都是，我说的很重要啊！化学就这末好玩，呵呵，到后来当你应用它时，你会有自豪感的。

一个等着保送的化学竞赛傻冒

Answer 3

大学知识，建议你上网查下就可以了，其实我大三了，到现在也只是懂了一点！郁闷啊！

Answer 4

初赛时主要是教材和教材的拓展（很有限），进入复赛之后就可以考虑看看当地比较有名的大学用的大学教科书，很有帮助的，最好不要看一些辅导材料，都是一些非常生硬的知识，不易懂。

Answer 5

一个等着保送的化学竞赛傻冒
呵呵 有意思