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一、量子力学与原子轨道
1)几个概念:
量子力学——是描述微观物质运动状态的理论(也称波动力学)
基于电子具有波粒二象性,薛定谔提出了以波的形式描述分子或原子中电子运动状态的波动方程。
波动方程有一系列的解——波函数(φ或φ)。
第18章分子轨道理论简介
原子结构和分子结构的现代概念的基础___量子力学
1926年
p345
单电子波函数——轨道。s/p/d/f(如图18-1,18-2)
电子出现的概率分布可看作一团带负电荷的
“云”,称为“电子云”。
电子云的形状反映了电子的运动状态!
对于多电子原子,核外电子按照能量最低原
理、鲍里-洪特规则分别填入不同的轨道。
2)波函数的物理意义
量子力学认为:描述核外电子的运动状态,可用波函数φ表示。
通过波函数φ可计算核外一定区域内电子出现概率。
电子云的形状可看做轨道的形状.
Φ——称为原子轨道,
例如:
1s轨道——是以原子核为中心的球体,界面内电子出现总概率约为90%-95%;
2s轨道——也是球形对称,但较1s轨道大,且有一个“球面节”
节的两侧波函数符号相反,分别用深、浅或+、-表示。(+或-不代表正电荷或负电荷,表示不同位相)
1s轨道
但+或-的意义在由原子轨道组合成分子轨道时很重要,一定情况下,
只有符合相同,即位相相同,才能成键。
2p轨道——有3个轨道,彼此垂直,分别在x、y、z轴上,由两瓣组成,原子核在两瓣中间。
每个轨道有个节面,节面两侧波函数符号相反!图18-2
3d轨道——有5个轨道
1s;2s,2p;3s,3p,3d;4s,4p,4d,4f;……
s轨道:1个;p轨道:3个;d轨道:5个;f轨道:7个。
轨道能级:1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s
主量子数相同的电子层中,轨道节面越多,能量越高
共价键的形成、分子中电子处于怎样的能量状态?
——可用量子力学来理解和近似计算
目前最常用方法:价键法和分子轨道法
1、价键法(现代化学键理论)P346
价键法:是建立在量子力学基础上,通过对氢分子共价键的讨论,通过近似计算,推广到双原子、多原子分子的价键理论。
二、共价键理论
共价键具有方向性:
两成键轨道的电子云必须最大程度的重叠,
才能使成键牢固、稳定。
电子云重叠越大,形成的键越强。
共价键的类型:原子轨道重叠方式不同,共价键有σ键、π键之分。
为说明多原子分子所表现的某些性质及其立体形状,如甲烷的四面体结构等,
在价键法基础上发展了轨道杂化理论。
sp3杂化——1个s轨道与3个p轨道杂化
sp2杂化——1个s轨道与2个p轨道杂化
sp杂化——1个s轨道与1个p轨道杂化!

分子轨道理论认为:
1)在分子中,组成分子的所有原子的电子,不再只属于相邻的原子,而是分布于整个分子内的不同能级的分子轨道中。
(类似孤立的原子,以原子核为中心有不同能级的原子轨道一样)
与原子轨道不同的是:
分子轨道是以分子中所有的原子核为中心的。
分子中电子的各种运动状态——即分子轨道:用波函数表示。