分子轨道理论概念：基础与拓展

doi:10.3866/PKU.DXHX202207022

摘要/Abstract

摘要：

分子轨道理论是重要的化学键理论，也是普通化学学习中的难点。本文就初学分子轨道理论常遇到的问题进行了梳理和辨析，对分子轨道理论的应用进行了拓展。通过追溯分子轨道理论的形成和发展，结合化学奥林匹克竞赛试题的要求，进行总结和分析，以加深对分子轨道理论的理解，推动分子轨道理论教学工作的深入。

关键词: 分子轨道, 电子排布, 能级图, 化学键

Abstract:

Molecular orbital theory is an important chemical bonding theory and also a difficult point in the study of general chemistry. In this article, the problems often encountered by beginners of molecular orbital theory are sorted out and analyzed, and the application of molecular orbital theory is expanded. By tracing the formation and development of the molecular orbital theory, combined with the requirements of the Chemistry Olympiad test questions, summarization and analysis are carried out to deepen the understanding of the molecular orbital theory and promote the teaching of the molecular orbital theory.

Key words: Molecular orbital, Electron configuration, Energy level diagram, Chemical bond

刘子豪. 分子轨道理论概念：基础与拓展[J]. 大学化学, 2023, 38(5): 335-340.

Zihao Liu. Molecular Orbital Theory: Basics and Expansion[J]. University Chemistry, 2023, 38(5): 335-340.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.DXHX202207022

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2023/V38/I5/335

图/表 9

表1

图1

图2

表2

图3

表3

图4

表4

图5

参考文献 19

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19	浙江省化学会. 决胜化学奥林匹克, 北京: 化学工业出版社, 2021, 70

实例	O₂的电子组态	参考文献
1	(σ_1s)²(σ_1s^)²(σ_2s)²(σ_2s^)²(σ_2p)²(π_2p)⁴(π_2p^*)²	[5]
2	(σ_1s)²(σ_1s^)²(σ_2s)²(σ_2s^)²(σ_{2p_x})²(π_{2p_y})²(π_{2p_z})²(π_{2p_y}^)¹(π_{2p_z}^)¹	[6–10]
3	(σ_g2p)² (π_u2p)⁴(π_g^*2p)² (价电子组态)	[10]
4	(σ_g1s)²(σ_u^1s)²(σ_g2s)²(σ_u^2s)²(σ_g2p)²(π_u2p_x)²(π_u2p_y)²(π_g^2p_x)¹(π_g^2p_y)¹	[11]
5	σ_g(2s)²σ_u^(2s)²σ_g(2p_z)²π_u(2p_x)²π_u(2p_y)²π_g^(2p_x)¹π_g^*(2p_y)¹ (价电子组态)	[12]
6	σ_g²π_u²π_u²π_g^1π_g^1(2p) (p电子组态)	[13]
7	1σ_g²1σ_u²2σ_g²1π_u⁴1π_g⁴ (价电子组态)	[14]

物种	电子组态	N―N键长/pm	键级^a
N₂	KK(σ_2s)²(σ_2s^*)²(π_{2p_y})²(π_{2p_z})²(σ_{2p_x})²	109.78	3
N₂⁺(σ_{2p_x})	KK(σ_2s)²(σ_2s^*)²(π_{2p_y})²(π_{2p_z})²(σ_{2p_x})¹	111.6	2.5
N₂⁺(π_2p)	KK(σ_2s)²(σ_2s^*)²(π_{2p_y})¹(π_{2p_z})²(σ_{2p_x})²	117.6	2.5
N₂⁺(σ_2s^*)	KK(σ_2s)²(σ_2s^*)¹(π_{2p_y})²(π_{2p_z})²(σ_{2p_x})²	107.5	3.5

实例	CO的电子组态	参考文献
1	(1σ)²(2σ)²(3σ)²(4σ)²(1π)⁴(5σ)²	[6, 8, 11, 14]
2	(1σ)²(2σ)²(1π)⁴(3σ)² (价电子组态)	[9]
3	(1σ)²(1σ^*)²(1π)⁴(2σ)² (价电子组态)	[10]
4	(1σ)²(1σ^)²(2σ)²(2σ^)²(1π)⁴(3σ)²	[11]

实例	HF的电子组态	参考文献
1	(1σ^non)²(2σ^non)²(3σ)²(1π^non)⁴	[5]
2	(σ_2s)²(σ)²(1π_2p)⁴ (价电子组态)	[6]
3	(2s)²(σ)²(2p_x)²(2p_y)² (价电子组态)	[9]
4	K(2s)² (2p_x)²(2p_y)²(σ)²	[11]
5	2s²σ_z²π_xⁿ²π_yⁿ² (价电子组态)	[10]
6	(1σ)²(2σ)²(3σ)²(1π)²(2π)²	[8]

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