论述价键理论和分子轨道理论说明O2

论述价键理论和分子轨道理论说明O2-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One11．论述价键理论和分子轨道理论说明O2、N2分子的结构和稳定性的基本思路，两种理论的优点及不足之处。

答：价键理论（简称VB法）认为两个原子相互靠近形成分子时，原子的价层电子轨道发生最大程度的重叠，使体系的能量降低，价层轨道中自旋相反的成单电子相互靠近配对，从而稳定成键。

共价键按原子轨道重叠方式不同，可分为σ键和π键（1分），N2分子中，两个N原子各以一个含有单电子的p轨道以头碰头的方式重叠形成σ键，另外两对含有单电子的p轨道以肩并肩的方式重叠形成π键，所以N2分子中两个氮原子是两个π键和一个σ键连接，非常稳定。

O2分子中，两个O原子各以一个含有单电子的p轨道以头碰头的方式重叠形成σ键，另外一对含有单电子的p轨道以肩并肩的方式重叠形成π键，所以O2分子中两个氧原子原子是一个π键和一个σ键连接，没有N2稳定。

分子轨道理论（简称MO法）着重于分子的整体性，把分子作为一个整体来处理，比较全面地反映了分子内部电子的各种运动状态。

描述分子中电子运动状态的函数称为分子轨道。

分子轨道有原子轨道先行组合而来。

电子属于整个分子，电子在分子轨道填充，能量最低的状态即分子的结构。

O2的分子轨道：(σ1s)2 (σ*1s)2 (σ2s)2 (σ*2s)2 (σ2p x)2 (π2p y)2 (π2p z)2 (π*2p y)1 (π*2p z)1N2的分子轨道：(σ1s)2 (σ*1s)2 (σ2s)2 (σ*2s)2 (σ2p x)2 (π2p y)2 (π2p z)2N2分子的键级为3，O2分子的键级为2。

所以N2分子比氧气分子要稳定。

价键理论解决结构问题比较直观，计算比较简单，但其只考虑原子价层轨道对成键的影响，不够全面，比如O2分子的磁性用价键理论就难以解释；分子轨道理论能较好地解释分子成键的情况、键的强弱和分子的磁性，但计算难度及工作量太大。

o2+价键结构式
O2+的价键结构式可以根据价键理论和分子轨道理论来推导。

在O2+中，有一个单电子在分子轨道中，因此其价键结构式可以表示为O=O+。

根据价键理论，我们可以将O2+的价键结构式进一步展开。

由于O2+中有一个单电子，该单电子可以填充到两个O原子的sp轨道中的一个中，并与另一个轨道中的一个单电子配对，形成一个σ键。

同时，剩余的两个单电子则填充到两个π轨道中，形成一个三电子π键。

因此，O2+的价键结构式可以表示为：
css
[O2]+
根据分子轨道理论，O2+的分子轨道可以表示为：
scss
(σ 1s)2(σ 1s*)2(σ 2s)2(σ 2s*)2(σ 2px)2(π 2py)2(π 2pz)2(π 2p*)1
其中，σ1s轨道表示O原子的s轨道，σ 1s表示O原子的反键s轨道，σ 2s轨道表示O原子的sp轨道，σ 2s表示O原子的反键sp轨道，σ 2px轨道表示O原子的px 轨道，π 2py和π 2pz轨道分别表示O原子的py和pz轨道，π 2p*表示O原子的反键
py或pz轨道。

综上所述，O2+的价键结构式为：
scss
[O2]+
其中，一个单电子填充到两个O原子的sp轨道中的一个中，形成一个σ键，同时剩余的两个单电子则填充到两个π轨道中，形成一个三电子π键。

分子轨道理论价键理论、杂化轨道理论虽能较好地说明共价键形成的本质和分子的空间构型，但由于其都是以电子配对为基础的，只考虑形成共价键的电子，而未将分子看成是一个整体，因此在应用中有其局限性。

按照价键理论，O 2分子的路易斯电子式是..O O ......，分子中应该没有成单电子，但是测定其磁性，表明氧为顺磁性物质，液态氧和固态氧极易为磁铁所吸引，故O 2分子中应该有成单电子。

高温下的B 2分子虽具有偶数的价电子，但它也是顺磁性物质。

而H 2+、O 2+、NO 、NO 2等奇数电子分子或离子也能够稳定存在。

这些事实，价键理论无法加以解释。

1932年，美国密立根和洪特等人提出了分子轨道理论（molecular orbital theory ,简称MO 法）。

该理论以量子力学为基础，把原子电子层结构的主要概念，推广到分子体系中去，很好地说明了上述实验事实，从另一个方面揭示了共价分子形成的本质。

1．分子轨道理论的基本要点⑴ 分子轨道理论认为，分子中的电子不再从属于某个特定的原子而是在整个分子空间范围内运动。

因此，分子中的电子运动状态应该用相应的波函数ψ（简称分子轨道）来描述。

每个分子轨道也具有相应的能量E ，由此可得到分子轨道能级图。

⑵ 分子轨道是由分子中原子的原子轨道线性组合（1inear combination of atomic orbitals ）而成的。

n 个原子轨道线性组合，可以形成n 个分子轨道。

其中，2n 个分子轨道的能量高于原子轨道，称为反键分子轨道（antibonding orbital ），2n 个分子轨道的能量低于原子轨道，称为成键分子轨道（bonding orbital ）。

⑶ 原子轨道要有效组合成为分子轨道，必须遵循三个原则，即能量近似原则、轨道最大重叠原则和对称性匹配原则。

⑷ 分子中的电子将遵循保里不相容原理、能量最低原理和洪特规则，依次填入分子轨道之中。

2．原子轨道线性组合形成分子轨道原子轨道有效组合形成分子轨道必须遵循三个原则：能量近似原则、轨道最大重叠原则和对称性匹配原则。

高校化学化工课程教学改革探索——以“价键理论”及“分
子轨道理论”教学为例
马英楠;曾乐林;张盼良
【期刊名称】《广东化工》
【年(卷),期】2024(51)2
【摘要】化工专业高等教育在我国工业发展中具有重要地位。

本文以党的二十大
精神为指导,明确了高校化学化工专业教学改革的重要意义及基本要求,分析了高校
化工课程教学改革的现状与具体问题,探索了高校化工课程教学改革的目标与路径。

以“价键理论”及“分子轨道理论”为例,提出高校化工课程教学改革应坚持以人
为本以,问题为导向,明确了教育理念与核心能力、培养应用型人才、实现产学研一
体化、丰富教学手段等探索。

本文希望为高校化工课程教学改革提供了一些理论参考和实践借鉴。

【总页数】3页(P186-188)
【作者】马英楠;曾乐林;张盼良
【作者单位】湖南理工学院化学化工学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ
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【高中化学】价键理论、分子轨道理论的区别分子轨道理论认为原子在相互结合形成共价键时，由原子轨道组成分子轨道，分子轨道属于整个分子。

而价键理论比较简单和粗糙。

分子轨道理论是现代共价键理论的一个分支。

其与现代共价键理论的重要区别在于，分子轨道理论认为原子轨道组合成分子轨道，电子在分子轨道中填充、运动。

而现代共价键理论则讨论原子轨道，认为电子在原子轨道中运动。

高中化学分子轨道理论分子轨道理论偏难，建议高中学生仅作了解。

我们把原子通过共用电子对结合的化学键成为共价键（covalent bond）。

路易斯（G.N.Lewis）曾经提出原子共用电子对成键的概念，也就是俗称的“八隅律”（高中阶段也只是停留于此）然而，我们知道很多现实情况都无法用八隅率解释，包括：PCl5，SCl6分子。

更重要的是，八隅率从来没有本质上说明共价键的成因：为什么带负电荷的两个分子不会排斥反而是互相配对？随着近代的量子力学（quantum mechanics）的建立，近代形成了两种现代共价键理论，即是：现代价键理（valence bond theory）简称VB（又叫作电子配对法）以及分子轨道理论（molecular orbital theory）简称MO。

价键理论强调了电子对键和成键电子的离域，有了明确的键的概念。

也成功的给出了一些键的性质以及分子结构的直观图像。

但是在解释 H2＋氢分子离子的单电子键的存在以及养分子等有顺磁性或者大∏键的某些分子结构时感到困难。

而分子轨道理论可以完美的进行解释，这里我就主要阐述MO法的相关理论。

洪特（Hund）和密里肯（R.S Mulliken）等人提出了新的化学键理论，即是分子轨道理论。

这是人们利用量子力学处理氢分子离子而发展起来的。

（一）氢分子离子的成键理论氢分子离子（H2＋）是由两个核以及一个电子组成的最简单分子，虽然不稳定，但是确实存在。

如何从理论上说明氢分子离子的形成呢？分子轨道理论把氢分子离子作为一个整体处理，认为电子是在两个氢核a和b组成的势场当中运动。

分子轨道理论按照价键理论，O 2分子的路易斯结构式是，O 2分子中没有成单电子，但对O 2分子的磁性研究表明，O 2分子有两个自旋向相同的成单电子。

另外，经光谱实验证明，H 2+、O 2+、NO 、NO 2等奇数电子的离子或分子能够稳定存在。

这些事实，价键理论都无法加以解释。

1932年，美国化学家马利肯(R.S.Mulliken)及德国物理学家洪特(F.Hund)提出了分子轨道理论(molecular orbital theory ，简称MO 法)。

分子轨道理论从分子的整体性来讨论分子的结构，认为原子形成分子后，电子不再属于个别的原子轨道，而是属于整个分子的分子轨道，它能很好地说明价键理论无法解释的实验事实，从另一个方面揭示了共价分子形成的本质。

1.分子轨道理论的基本要点 （1）分子轨道理论认为，分子中的电子不再从属于某个特定的原子而是在整个分子空间范围内运动。

因此，分子中的电子运动状态应该用相应的波函数(ψ，简称分子轨道)来描述。

每个分子轨道也具有相应的能量(E)，由此可得到分子轨道能级图。

（2）分子轨道是由分子中原子的原子轨道线性组合(1inear combination of atomic orbitals)而成的。

n 个原子轨道线性组合，可以形成n 个分子轨道。

其中，n /2个分子轨道的能量高于原子轨道，称为反键分子轨道(antibonding orbital)，n /2个分子轨道的能量低于原子轨道，称为成键分子轨道 (bonding orbital)。

（3）原子轨道要有效组合成为分子轨道，必须遵循三个原则，即能量近似原则、轨道最大重叠原则和对称性匹配原则。

（4）分子中的电子将遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则，依次填入分子轨道之中。

2.原子轨道有效组合形成分子轨道的三个原则（1）能量近似原则：原子轨道必须能量接近，才能有效线性组合成为分子轨道。

对于同核的双原子分子，如O 2，它们对应的原子轨道能量相同，故1s 轨道与1s 轨道，2p 轨道与2p 轨道可以分别线性组合形成分子轨道，而1s 轨道与2p 轨道之间很难发生组合。

运用分子轨道理论分析 o2 分子的成键情况及电子结构。

答：
分子轨道理论是由莱布尼茨和玻璃洛夫提出的，它是用来解释分子结构和电子结构的理论，它认为，原子的核心电子可以被看作是以某种形式存在的轨道，而这些轨道又能够进行组合，从而形成分子。

本文将通过分子轨道理论对O2分子的成键情况及电子结构进行分析。

O2分子是一种极其重要的化学物质，是生命存在的基础，也是地球大气的主要成分之一。

O2分子是一种二元分子，由两个氧原子组成。

按照分子轨道理论，O2分子中的两个氧原子共享两个电子，形成一个共价键，也就是我们常说的双键。

由于O2分子只有两个原子，因此只有两个轨道，分别称为σ和π轨道。

σ轨道是一个双
电子轨道，它的形状与氧原子的基态电子结构相同，即是一个空心球形轨道。

而π轨道是一个单电子轨道，它的形状与氧原子的第二值电子结构相同，即是一个空心双螺旋形轨道。

在O2分子中，σ轨道的电子对会被共享，形成一个共价键，而π轨道的电子则会被分开，因此不会参与共价键的形成。

以上就是O2分子的电子结构和成键情况，由分子轨道理论可以得出：O2分子由两个氧原子组成，这两个氧原子之间形成一个共价键，σ轨道的电子对被共享，形成共价键，而π
轨道的电子则会被分开，不参与共价键的形成。

高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座 第5讲 分子结构【典型例题】例1、写出POCl 3的路易斯结构式。

分析：应当明确在POCl 3里，P 是中心原子。

一般而言，配位的氧和氯应当满足八偶律。

氧是二价元素，因此，氧原子和磷原子之间的键是双键，氯是1价元素，因此，氯原子和磷原子之间的键是单键。

然而使配位原子满足八偶律，即画出它们的孤对电子。

解：例2、给出POCl 3的立体构型。

分析：应用VSEPR 模型，先明确中心原子是磷，然后计算中心原子的孤对电子数：n = 5 － 2 －3 × 1 = 0所以，POCl 3属于AX 4E 0 = AY 4型。

AY 4型的理性模型是正四面体。

由于氧和磷的键是双键，氯和磷的键是单键，所以∠POCl ＞109°28’,而∠ClPCl ＜109°28’。

解：POCl 3，呈三维的四面体构型，而且，∠POCl ＞109°28’，而∠ClPCl ＜109°28’。

例3、给出POCl 3的中心原子的杂化类型。

分析：先根据VSEPR 模型确定，POCl 3属于AY 4型（注意：不能只考虑磷原子周围有四个配位原子，杂化类型的确定必须把中心原子的孤对电子考虑在内。

本题恰好AX n + m = AY n （m = 0），如果不写解题经过，可能不会发现未考虑孤对电子的错误。

）AY 4的VSEPR 模型是正四面体。

因此，POCl 3属于三维的不正的四面体构型。

解：POCl 3是四配位的分子，中心原子上没有孤对电子，所以磷原子取sp 3杂化类型，但由于配位原子有两种，是不等性杂化（∠POCl ＞109°28’， 而∠ClPCl ＜109°28’ ）。

例4、BF 3分子有没有p –p 大π键？分析：先根据VSEPR 模型确定BF 3分子是立体构型。

然后根据立体构型确定BF 3分子的B 原子的杂化轨道类型。

再画出BF 3分子里的所有轨道的图形，确定有没有平行的p 轨道。