分子軌道理論
分子軌道理論（英語：Molecular orbital theory），簡稱MO理論，是處理雙原子分子及多原子分子結構的一種有效的近似方法，是化學鍵理論的重要內容。它與價鍵理論不同，後者着重於用原子軌道的重組雜化成鍵來理解化學，而前者則注重於分子軌道的了解，即認為分子中的電子圍繞整個分子運動。[1]
計算化學中常以原子軌道線性組合近似來計算分子軌道波函數：[2]
式中的cij係數可由將等式代入薛定諤方程以及應用變分原理求得。簡單地講，該方法意即，分子軌道由原子軌道組合而成。原子軌道波函數各乘以某一係數相加或相減，得到分子軌道波函數。組合時原子軌道對分子軌道的貢獻體現在係數上，組合前後軌道總數不變。
利用分子軌道理論與價鍵理論通常只是從一個問題的兩個方面去看問題，常常會得到相同的結論。只是有時分子軌道理論的思想與計算過於複雜，在研究簡單問題時，價鍵理論反而更顯得簡單明了。或者說，價鍵理論對於分子定態的性質（鍵長，鍵角等）的解釋和分子軌道理論相近，而分子軌道理論在研究和電子激發相關的性質時（分子顏色，光電子能譜等）更為有效
簡介 編輯
分子軌道理論認為，分子軌道由原子軌道線性組合（linear combination of atomic orbitals，即LCAO）得到，分布在整個分子之中。分子軌道僅僅是一個薛定諤軌道，包含數個（通常只有兩個）原子核。由此可衍生出成鍵、反鍵和非鍵軌道的概念：
- 如果組合得到的分子軌道能量比組合前原子軌道能量之和低，換句話說，原子核間電子云密度增大，那麼所得分子軌道稱作成鍵軌道；
- 如果組合得到的分子軌道能量比組合前原子軌道能量之和高，即原子核間電子云密度減小，則稱作反鍵軌道，以*標註；
- 如果組合得到的分子軌道能量與組合前原子軌道能量之和相差不大，軌道上的電子對分子鍵合沒有貢獻，那麼該分子軌道則稱作非鍵軌道，常以n標註。
分子軌道法的基本要點，即LCAO-MO法的基本原則包括：
- 對稱性匹配原則：原子軌道必須具有相同的對稱性才能組合成分子軌道，參見對稱運算。
- 最大重疊原則：原子軌道重疊程度越大，形成的化學鍵也越強。
- 能量相近原則：能量相近的原子軌道才能組合成有效的分子軌道。
除了遵照LCAO-MO的三條基本規則外，電子填充規則也適用於分子軌道理論：構築原理、泡利不相容原理以及洪德規則。
鍵級被定義為分子中成鍵電子總數減去反鍵電子總數再除以2得到的純數，是分子穩定性的量度。鍵級大於零是分子存在的前提。
分子軌道的類型和符號 編輯
各種分子軌道具有不同的對稱性，可依此將其分為σ、π與δ三種類型。
參見 編輯
參考資料 編輯
- ^ Daintith, J.（2004）. Oxford Dictionary of Chemistry. New York: Oxford University Press. ISBN 0-19-860918-3.
- ^ Licker, Mark, J.（2004）. McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Chemistry. New York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-143953-6.
外部連結 編輯
- 分子軌道理論（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - Purdue University
- 分子軌道理論 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - Sparknotes
- 分子軌道理論 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - Mark Bishop's Chemistry Site
- MO理論介紹 - Queen Mary, London University
- 分子軌道理論 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）相關術語表