5.2 休克尔分子轨道法
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休克尔轨道法的分子图一、化学家休克尔E.Erich Armand Arthur Josephckel (1896~)联邦德国物理化学家。
1896年8月9日生于柏林夏洛腾堡。
1914年入格丁根大学攻读物理。
曾中断学习,在格丁根大学应用力学研究所研究空气动力学。
1918年重新攻读数学和物理,1921年在P.德拜的指导下获博士学位。
他在格丁根大学工作两年,曾任物理学家M.玻恩的助手。
1922年在苏黎世工业大学再度与德拜合作,任讲师。
1930年在斯图加特工业大学任教。
1937年任马尔堡大学理论物理学教授。
休克尔主要从事结构化学和电化学方面的研究。
他1923年和德拜一起提出强电解质溶液理论,推导出强电解质当量电导的数学表达式。
1931年提出了一种分子轨道的近似计算法即休克尔分子轨道法(HMO 法),主要用于π电子体系。
他在30年代还对芳香烃的电子特性在理论上作出了解释,并总结出:环状共轭多烯化合物中π电子数符合4n+2(n为1,2或3)者,具有芳香性。
二、休克尔分子轨道法(HMO法)的来源分子轨道理论在处理分子时,并不引进明显的价键结构的概念。
它强调分子的整体性,认为分子中的原子是按一定的空间配置排列起来的,然后电子逐个加到由原子实和其余电子组成的“有效”势场中,构成了分子。
并将分子中单个电子的状态函数称为分子轨道,用波函数ψ(x,y,z)来描述。
每个分子轨道ψi都有一个确定的能值Ei 与之相对应,Ei近似地等于处在这轨道上的电子的电离能的负值,当有一个电子进占ψi 分子轨道时,分子就获得Ei的能量。
分子轨道是按能量高低依次排列的。
参与组合的原子轨道上的电子则将按能量最低原理、鲍里不相容原理和洪特规则进占分子轨道。
根据电子在分子轨道上的分布情况,可以计算分子的总能量。
π键实际上是持有电子的围绕参与组合的原子实的π分子轨道。
1931年,休克尔提出了一种计算π分子轨道及其能值的简单方法,称为休克尔分子轨道法(即HMO 法)。
休克尔轨道法的分子图一、化学家休克尔E.Erich Armand Arthur Josephckel (1896~)联邦德国物理化学家。
1896年8月9日生于柏林夏洛腾堡。
1914年入格丁根大学攻读物理。
曾中断学习,在格丁根大学应用力学研究所研究空气动力学。
1918年重新攻读数学和物理,1921年在P.德拜的指导下获博士学位。
他在格丁根大学工作两年,曾任物理学家M.玻恩的助手。
1922年在苏黎世工业大学再度与德拜合作,任讲师。
1930年在斯图加特工业大学任教。
1937年任马尔堡大学理论物理学教授。
休克尔主要从事结构化学和电化学方面的研究。
他1923年和德拜一起提出强电解质溶液理论,推导出强电解质当量电导的数学表达式。
1931年提出了一种分子轨道的近似计算法即休克尔分子轨道法(HMO 法),主要用于π电子体系。
他在30年代还对芳香烃的电子特性在理论上作出了解释,并总结出:环状共轭多烯化合物中π电子数符合4n+2(n为1,2或3)者,具有芳香性。
二、休克尔分子轨道法(HMO法)的来源分子轨道理论在处理分子时,并不引进明显的价键结构的概念。
它强调分子的整体性,认为分子中的原子是按一定的空间配置排列起来的,然后电子逐个加到由原子实和其余电子组成的“有效”势场中,构成了分子。
并将分子中单个电子的状态函数称为分子轨道,用波函数ψ(x,y,z)来描述。
每个分子轨道ψi都有一个确定的能值Ei 与之相对应,Ei近似地等于处在这轨道上的电子的电离能的负值,当有一个电子进占ψi 分子轨道时,分子就获得Ei的能量。
分子轨道是按能量高低依次排列的。
参与组合的原子轨道上的电子则将按能量最低原理、鲍里不相容原理和洪特规则进占分子轨道。
根据电子在分子轨道上的分布情况,可以计算分子的总能量。
π键实际上是持有电子的围绕参与组合的原子实的π分子轨道。
1931年,休克尔提出了一种计算π分子轨道及其能值的简单方法,称为休克尔分子轨道法(即HMO 法)。
乙烯休克尔行列式
休克尔分子轨道法(Hückel molecular orbital method)是用简化的近似分子轨道模型处理共轭分子中的π电子的方法,1931年由E.休克尔(E. Hückel)提出,简称HMO。
这是一种最简单的分子轨道理论,在有机化学中应用得相当广泛,用以解决共轭分子的结构,探讨分子的性质和反应性能的半经验方法。
原理
在有机化合物中,包含着一大类共轭和芳香烃分子,它们的特点是参与共轭的原子都在一个分子平面上,每个原子都有一个垂直于分子平面的p原子轨道,在这个轨道上的电子称为π电子。
休克尔分子轨道法1 目的要求(1) 运用HMO 程序计算若干平面共轭分子的电子结构。
(2) 通过HMO 程序的具体运算,加强对这一基本原理的理解,培养学生运用分子轨道概念解决实际问题的能力。
(3) 熟悉微型计算机和磁盘操作系统。
2 基本原理(1) HMO 方法的基本原理:休克尔分子轨道法是量子化学近似计算方法之一,它以简便迅速著称,适宜于计算平面共轭分子中的π电子结构。
在分析有机共轭分子的稳定性、化学反应活性和电子光谱,及研究有机化合物结构与性能的关系等方面有着广泛应用。
该方法主要运用了下列基本假定:①σ-π分离近似。
对于共轭分子,构成分子骨架的σ电子与构成共轭体系的π电子由于对称性的不同,可以近似地看成互相独立的。
②独立π电子近似。
分子中的电子由于存在相互作用,运动不是独立的,但若将其它电子对某电子的作用加以平均,近似地看成是在核和其它电子形成的固定力场上运动,则该电子的运动就与其它电子的位置无关,是独立的。
③LCAO-MO 近似。
对于π体系,可将每个π分子轨道Ψk 看成是由各原子提供的垂直于共轭体系平面的p 原子轨道i ϕ线性组合构成的,即∑=ii ki k C ϕψ (1)在上述假定下,可列出π体系单电子Schrodinger 方程kk E H ψψκπ=ˆ (2)将(1)式代入(2)式,利用变分原理,可得久期方程式: ()()()0112121211111=-++-+-n n n C ES H C ES H C ES H ()()()0222222212121=-++-+-n n n C ES H C ES H C ES H………………………………………………………………()()()0222111=-++-+-nnn nn n n n n C ES H C ES H C ES H此方程组有非零解的充分条件1121211111n n ES H ES H ES H --- 02222222211112=------nnnn n n n n n n n ES H ES H ES H ES H ES H ES H此行列式亦称为久期行列式。