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1、化学键和双原子分子结构 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 第三章第三章 化学键和双原子分子结构化学键和双原子分子结构 Chemical Bond and The Structure of Chemical Bond and The Structure of Diatomic MoleculesDiatomic Molecules 化学键和双原子分子结构 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 原子世界原子世界 物质世界的物质世界的 砖石砖石 只有 只有112112 种 而人类认识的物质种 而人类认识的物质分子世界分子
2、世界 有机和无机物 有机和无机物 已多达 已多达20002000万种 这奇迹令人惊叹 万种 这奇迹令人惊叹 化学家一直在探索和认识这物质世界多样性化学家一直在探索和认识这物质世界多样性 背后的背后的统一性统一性 奇妙的根源在哪里 奇妙的根源在哪里 回答 来自于化学键 它使种类如此少的原子 结合成无穷无尽的分子 化学键和双原子分子结构 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 对化学键认识的历史 化学键和双原子分子结构 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 化学键和双原子分子结构 College of Chemistry L
3、NU 上一内容 下一内容主目录 化学键和双原子分子结构 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 化学键和双原子分子结构 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 化学键概念 原子组成分子有严格的规律性 有一定 的联接方式 以一定的组成构成分子 因此 分子中原子之间存在着一定的强烈的相互 作用 把分子或一些晶体中 两个或两个以 上原子 或离子 之间的强烈相互作用 强 的结合力 称为 化学键 化学键和双原子分子结构 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 化学键分类 1 离子键 闭壳 闭壳 带
4、电粒子 库仑力作用 2 共价键 开壳 开壳 共有电子 饱和性 方向性 3 金属键 金属原子球形密堆积 金属正离子与自由电子 间相互吸引 0 化学键和双原子分子结构 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 5 氢键和范德华力 分子之间的相互作用力较小 一般不属 化学键 4 配位键 开壳 闭壳 带电粒子与极性分子 负 离子 化学键和双原子分子结构 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 3 1 3 1 的结构和共价键的本质的结构和共价键的本质 3 1 1 3 1 1 的定态的定态 方程方程 H2 的结构 College of
5、Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 的结构和共价键的本质 定核近似下的定核近似下的SchrSchr dinger dinger方程方程 利用椭球坐标上述方程可以精确求解 但其结果不能推广 到其它多电子双原子体系 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 的结构和共价键的本质 3 1 2 3 1 2 变分原理和线性变分法变分原理和线性变分法 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 的结构和共价键的本质 线性变分法 采用线性变分函数 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 久
6、期方程 方程具有非零解 c1 c2 cn不均为零 必要条件 的结构和共价键的本质 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 方程具有非零解 c1 c2 cn不均为零 必要条件 久期行列式 0 的结构和共价键的本质 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 使用变分法可以在不解使用变分法可以在不解SchrSchr dingerdinger方程的情况下 解方程的情况下 解 得体系的基态能量及波函数 变分法是量子力学中最常用得体系的基态能量及波函数 变分法是量子力学中最常用 的两种方法之一的两种方法之一 另一种是微扰法 另一种是微扰
7、法 的结构和共价键的本质 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 3 1 3 3 1 3 变分法解变分法解HH 2 2 的的SchrSchr dingerdinger方程方程 尝试变分函数 的结构和共价键的本质 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 LCAO方法 和 均为H原子基态1s轨道 a u 将 代入变分积分中 的结构和共价键的本质 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 定义三个积分 库仑积分库仑积分 交换积分交换积分 重叠积分重叠积分 的结构和共价键的本质 College o
8、f Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 首先将等式两端对cA微分 有 的结构和共价键的本质 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 同理对cB微分 并整理得 久期方程 久期方程行列式 的结构和共价键的本质 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 由于 的两个核是等同的 HAA HBB 解之得 的结构和共价键的本质 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 将 代回久期方程 得 归一化得 的结构和共价键的本质 College of Chemistry LNU 上一内容 下一
9、内容主目录 分别对cA和cB求微分 代回久期方程 波函数归一化 得到cA和cB得到 的结构和共价键的本质 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 3 1 4 3 1 4 解的讨论解的讨论 1 1 三个积分的意义 积分和什么有关 三个积分的意义 积分和什么有关 库仑积分 或称 积分 的结构和共价键的本质 化学键和双原子分子结构 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 化学键和双原子分子结构 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 交换积分 或称 积分 College of Chemistr
10、y LNU 上一内容 下一内容主目录 交换积分 的结构和共价键的本质 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 重叠积分 Sab HHBB BB h h 0 0 E E 1 1 B B A A E E 2 2 A A B B 越小 越小 h h 越大越大 HF HHF H1s 1s能级为 能级为 13 6ev 13 6ev F F2s 2s 40ev F 40ev F2p 2p 18ev H 18ev H1s 1s F F2p 2p 能量接近 能量接近 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 2 2 最大重叠条
11、件最大重叠条件 越大越有利于有效形成化学键越大越有利于有效形成化学键 S SAB AB与 与 原子轨道间的重叠程度有关 原子轨道间的重叠程度有关 重叠程度与重叠程度与核间距离核间距离和和接近方向接近方向有关 有关 共价键方向的共价键方向的 基础性 基础性 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 3 3 对称性匹配对称性匹配 对称性匹配是指对称性匹配是指 两个原子轨道组成两个原子轨道组成 分子轨道时 两原分子轨道时 两原 子轨道必须具有相子轨道必须具有相 同的对称类型 同的对称类型 College of Chemistry LNU 上一内容 下一
12、内容主目录 分子轨道理论 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 3 2 3 3 2 3 分子轨道的类型和能级及符号分子轨道的类型和能级及符号 1 1 分子轨道图形及类型 命名分子轨道图形及类型 命名 p 轨道 键 沿键轴是圆柱形对称为 键轴中点为中心 键轴中点为中心 g g 对称对称 u u 反对称反对称 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 s s College of Chemistry LNU 上
13、一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 p 轨道 键 过键轴有一节面 u g College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 p p College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 p 轨道 键 过键轴有一节面 同号 组合 异号 组合 d g d u College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理
14、论 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 2 2 双原子分子轨道一般能级顺序双原子分子轨道一般能级顺序 同核双原 子分子 异核双原 子分子 分子轨道符号对应关系 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 能级顺序 正常能级次序 A 同核 异核 这种能级顺序适用于电子数N 16 的分子 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 3 g与1 u的能级交错B 当2s
15、与2p原子轨道的能级差较小时 组成的 之间的能量相差较小 由 于对称性一致 又发生了相互作用 使 上移 弱成键 下降 上移 下降 弱 反键 型轨道的能级不发生变化 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 同核 异核 这种能级顺序适用于电子数N 14 的分子 能级交错时的能级次序 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 双原子分子轨道能级图 的能级示意图 的能级示意图 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 3 2 4 3 2 4 分子的键级和磁性
16、分子的键级和磁性 1 1 键键 级级 P College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 2 2 磁磁 性性 通常 分子中电子的轨道磁矩为零 称为轨道 冻结 总磁矩完全来源于自旋磁矩 若分子中电子均已配对 表现为抗磁性 若分子中有未成对电子 表现为顺磁性 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 3 3 3 3 双原子分子结构双原子分子结构 分子的电子层结构 将分子中所有电子按照核外电子排布原则逐一排 布到各分子轨道上 就形成了分子的电子层结构 电 子 排 布 原 则 Hund规则 Pauli不相容原理 能量最低原理 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主目录 分子轨道理论 3 3 1 3 3 1 同核双原子分子同核双原子分子 H H 2 2 H H 2 2 He He 2 2 Li Li 2 2 Be Be 2 2 O O 2 2 F F 2 2 B B 2 2 C C 2 2 N N 2 2 College of Chemistry LNU 上一内容 下一内容主
