2[1].价键理论和分子轨道理论

1．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。

共价键的形成与键的分子轨道理论共价键是化学中最常见的一种化学键类型，它是由两个原子通过共享电子而形成的。

共价键的形成与键的分子轨道理论密切相关，本文将探讨这一理论的基本原理和应用。

共价键的形成是由于原子间的电子互相吸引力。

在共价键形成之前，原子中的电子是在各自的原子轨道中运动的。

然而，当两个原子靠近时，它们的电子云开始重叠，电子云的重叠区域形成了共价键。

在共价键形成的过程中，原子中的电子重新排布，形成了新的分子轨道。

键的分子轨道理论是解释共价键形成的重要理论之一。

它基于量子力学的原理，将原子轨道组合成分子轨道。

分子轨道是在整个分子中运动的电子的波函数。

根据分子轨道理论，当两个原子靠近时，它们的原子轨道会相互重叠，形成新的分子轨道。

这些新的分子轨道可以是成键轨道、反键轨道或非成键轨道。

成键轨道是共价键形成的关键。

它们是由原子轨道的线性组合形成的，其中电子的波函数在两个原子之间有最大的重叠。

成键轨道通常是低能量的，因此它们是稳定的。

成键轨道中的电子对是共享的，因此它们贡献给了共价键的形成。

反键轨道则是成键轨道的反向。

它们也是由原子轨道的线性组合形成的，但电子的波函数在两个原子之间有最小的重叠。

反键轨道通常是高能量的，因此它们是不稳定的。

反键轨道中的电子对是局部化的，因此它们不参与共价键的形成。

除了成键轨道和反键轨道，还存在非成键轨道。

非成键轨道是由原子轨道的线性组合形成的，但电子的波函数在两个原子之间没有重叠。

非成键轨道通常是中等能量的，它们对分子的性质没有直接影响。

根据键的分子轨道理论，共价键的强度取决于成键轨道和反键轨道之间的能量差。

如果成键轨道的能量低于反键轨道的能量，那么共价键就是稳定的。

相反，如果反键轨道的能量低于成键轨道的能量，那么共价键就是不稳定的。

键的分子轨道理论不仅可以解释共价键的形成，还可以预测分子的性质。

通过计算分子轨道的能级和电子分布，可以推断分子的稳定性、化学反应性以及电子云的形状等。

有机化学常见问题解答1. 价键理论、分子轨道理论有什么区别？[解答] 价键理论、分子轨道理论是目前关于共价键形成、本质的两个主要理论。

它们的不同之处在于价键理论是定域的，主要讨论两个原子之间的电子配对成键情况。

而分子轨道是以电子离域的观点为基础的。

在电子离域的共轭体系中，用分子分子轨道理论讨论问题可以避免价键理论定域的缺陷。

2. 异丁烷一元氯代时，产生如下两种可能异构体：3. 其异构体的相对含量是否与自由基稳定性相矛盾？[解答]：不矛盾。

反应活性是相对的。

叔丁烷中，叔氢有9个而甲基氢只有1个，甲基氢和叔氢的相对反应活性：25/9∶75/1≈1∶27。

说明叔氢的反应活性更大。

与自由基稳定性一致。

另外，氯原子比较活泼，氯代的选择性比较差，几率因素起作用较大。

如溴代时，溴原子的活性较低，反应的第一步是吸热的，所以选择性更好，主要是活性大的叔氢被取代。

4. 烯烃加溴是反式加成，其他加成也是反式吗？[解答]:不一定。

亲电加成反应是分步进行的，首先与亲电试剂反应，生成正离子活性中间体。

烯烃加溴，通常认为是经过环状溴翁离子中间体进行的，所以得到反式加成的结果：其他的加成反应并不一定经过环状中间体的过程，比如加HBr ，首先得到碳正离子活性中间体：Cl2 可以形成翁离子，也可以形成碳正离子活性中间体，所以产物为顺式和反式两种产物。

5. 丙烯与氯气高温下反应，主要产物为α -H的氯代产物（A），为什么不产生亲电加成产物（B）？[解答]:烯烃与卤素在低温或无光照条件下，在液相中主要发生亲电加成反应。

在高温或光照条件下，主要发生自由基取代反应，一般取代在双键的α-H上。

这主要由于C—Cl键键能较小，高温下容易断裂而使反应可逆。

同时，取代反应的活性中间体更稳定。

6. 乙烯、丙烯、异丁烯在酸催化下与水加成，其反应速度哪个最快？为什么？[解答]:乙烯< 丙烯< 异丁烯。

决定于活性中间体碳正离子的稳定性次序。

7. 下列反应如何完成？[解答]:（1）稀、冷KMnO4,OH-（2）CH3COOOH ，CH3COOH8. 叁键比双键更不饱和，为什么亲电加成的活性还不如双键大？[解答]:叁键碳原子sp杂化，双键碳原子sp2杂化。

分子轨道理论知识点大一分子轨道理论是研究分子电子结构和化学反应的基本理论之一，在化学学科中具有重要的地位和应用价值。

在大一学习分子轨道理论时，需要掌握一些基本的知识点，下面将对这些知识点进行详细介绍。

一、原子轨道和分子轨道1. 原子轨道原子轨道是描述单个原子中电子运动状态的函数，可以分为原子轨道类型包括s轨道、p轨道、d轨道等。

s轨道是球对称的，p轨道有三个方向。

2. 分子轨道分子轨道是描述分子中电子运动状态的函数，是由多个原子轨道线性组合形成的。

根据组合方式，分子轨道可以分为成键轨道和反键轨道。

成键轨道电子密度较高，能量较低，有利于分子稳定和化合反应；反键轨道电子密度较低，能量较高，参与分子解离反应。

二、分子轨道组成和形状1. 构建分子轨道构建分子轨道是通过原子轨道的线性组合形成的。

一般情况下，相同类型的原子轨道线性组合形成成键轨道和反键轨道。

2. 分子轨道的形状分子轨道的形状受到原子轨道的影响，分子轨道可以表现为成键轨道、反键轨道和非键轨道。

成键轨道电子密度较高，形状主要由成键原子轨道决定；反键轨道电子密度较低，形状主要由反键原子轨道决定；非键轨道电子密度较低，形状主要由不同类型原子轨道的线性组合决定。

三、共价键和离子键1. 共价键共价键是由电子的共享形成的化学键。

在共价键中，两个原子的分子轨道重叠形成共享电子对，使得原子之间形成化学键。

共价键可以分为σ键和π键，其中σ键是轴向的，π键是平面上的。

2. 离子键离子键是由电子的转移形成的化学键。

在离子键中，一个原子失去电子形成阳离子，另一个原子获得电子形成阴离子，通过电荷相互作用形成化学键。

离子键通常出现在金属和非金属之间或两个电负性差异较大的元素之间。

四、分子轨道能级和填充原理1. 分子轨道能级分子轨道能级是描述分子轨道相对能量高低的指标。

成键轨道的能级较低，反键轨道的能级较高。

2. Hund规则和泡利不相容原理Hund规则指出，当有多个相同能量的分子轨道可用时，电子会优先填充空间最大化的分子轨道，以达到最稳定的状态。

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。

化学键理论简介化学键是指将两个或多个原子结合在一起的力，是构成分子和化合物的基本单位。

化学键理论旨在解释化学键形成的原因以及化学键的类型和性质。

本文将介绍几个常见的化学键理论。

1. 价键理论价键理论也称为路易斯理论，是由美国化学家吉尔伯特·路易斯于1916年提出的。

根据这个理论，化学键形成是由于原子之间的电子共享或电子转移。

在化学键中，原子通过共享或转移电子以实现稳定状态。

共价键的形成是通过电子共享形成的，而离子键的形成是通过电子转移形成的。

2. 电子云理论电子云理论也称为量子力学理论，是由奥地利物理学家艾尔温·薛定谔等人在20世纪初提出的。

根据这个理论，电子不能被简单地看作是粒子，而是存在于原子周围的一种云状结构，称为电子云。

在化学键中，电子云之间的重叠是化学键的形成基础。

共价键形成是由于两个原子的电子云的重叠，而离子键形成是由于正负电荷之间的吸引力。

3. 分子轨道理论分子轨道理论是由德国化学家恩斯特·赫尔曼·福克和罗伯特·桥·休伊特于20世纪初提出的。

根据这个理论，分子中的电子不再局限于原子轨道，而是存在于整个分子的分子轨道中。

分子轨道可以是成键轨道（高能级）或反键轨道（低能级）。

共价键的形成是通过成键轨道的重叠，而离子键的形成是通过成键轨道和反键轨道之间的重叠。

4. 杂化轨道理论杂化轨道理论是由美国化学家林纳斯·鲍林在20世纪初提出的。

根据这个理论，原子轨道在形成化学键时会重新组合成一组新的杂化轨道。

杂化轨道具有介于原子轨道之间的性质，可以更好地解释一些分子的形状和键角。

杂化轨道的形成是为了最大限度地重叠，以实现更强的化学键。

5. 价电子对斥力理论价电子对斥力理论也称为VSEPR理论，是由英国化学家罗纳德·吉尔斯彭尼克在1940年代提出的。

根据这个理论，化学键的形成是为了最小化价电子对之间的斥力。

分子的几何形状取决于周围的原子和非键电子对的排列方式。

配位场理论ligand field theory说明和解释配位化合物的结构和性能重要的理论有价键理论、晶体场理论、分子轨道理论和配位场理论。

配位化合物的价键理论根据配位化合物的性质，按杂化轨道理论用共价配键和电价配键解释配位化合物中金属离子和配位体间的结合力。

例如呈现反磁性，是由于中心离子有未充满的d轨道和s，p空轨道，这些空轨道通过杂化组成杂化轨道，由配位体提供孤对电子；配位体L与中心离子M之间形成L→M的σ键。

是顺磁性的。

中心离子的未成对电子数目和自由离子一样，认为金属离子和配位体以静电吸引力结合在一起。

价键理论简明地解释配位化合物的几何构型和配位化合物的磁性等性质。

价键理论没有提到反键轨道，不能满意解释配位化合物的光谱数据。

晶体场理论是静电作用模型。

把中心离子（M）和配位体（L）的相互作用看作类似离子晶体中正负离子的静电作用。

当L接近M时，M中的d轨道受到L负电荷的静电微扰作用，使原来能级简并的d轨道发生分裂。

按微扰理论可计算分裂能的大小，因计算较繁，定性地将配位体看作按一定对称性排布的点电荷与M的d轨道电子云产生排斥作用。

由于d轨道分布的特点，在配位场中原来5个能级简并的d轨道能级发生分裂，引起电子排布及其他一系列性质的变化，比如电子将重新分布，体系能量会降低，据此解释配位化合物的各种性质。

例如八面体配位离子中，d轨道分裂成两组：低能级的dxy，dxz，dyz，它们三者的能量相等，称为t2g（2g为下标)轨道，此二者的能量相等；高能级的dx2-y2d，dz2，称为eg（g为下标）轨道。

这两组能级间差值称为晶体场分裂能Δ ，配体场强越大，分裂能值越大。

d电子根据Δ和成对能（P）相对大小填在这两组轨道上，形成强场低自旋和弱场高自旋结构。

在不同构型的配合物中，中心离子d轨道能级分裂情况不同。

以此成功地解释了配位化合物的结构、光谱、稳定性及磁性等一系列性质。

配位化合物的分子轨道理论是用分子轨道理论的观点和方法处理金属离子和配位体成键作用。

结构化学论⽂---分⼦轨道理论结构论⽂分⼦轨道理论的发展及其应⽤2011111510xxxx⼀、前⾔价建理论、分⼦轨道理论和配位场理论是三种重要的化学键理论。

三、四⼗年代，价键理论占主要的地位。

五⼗年代以来由于分⼦轨道理论容易计算且得到实验（光电能谱）的⽀持，取得了巨⼤的发展，逐渐占优势。

价建理论不但在理论化学上有重要的意义（下⽂中将详细介绍）。

在应⽤领域也有重要的发展，如分⼦轨道理论计算有机化合物的吸收光谱⽤于染料化学；前线分⼦轨道理论在选矿中的研究等等。

⼆、简介1、分⼦轨道理论产⽣和发展在分⼦轨道理论出现以前，价键理论着眼于成键原⼦间最外层轨道中未成对的电⼦在形成化学键时的贡献，能成功地解释了共价分⼦的空间构型，因⽽得到了⼴泛的应⽤。

但如能考虑成键原⼦的内层电⼦在成键时贡献，显然更符合成键的实际情况。

1932年，美国化学家 Mulliken RS和德国化学家HundF 提出了⼀种新的共价键理论——分⼦轨道理论（molecular orbital theory），即MO法。

该理论注意了分⼦的整体性，因此较好地说明了多原⼦分⼦的结构。

⽬前，该理论在现代共价键理论中占有很重要的地位。

以下是各个年代提出的关于分⼦轨道理论的⼀些重要理论和⽅法，是分⼦轨道理论发展过程中的⼏个⾥程碑！1926-1932年，在讨论分⼦光谱时，Mulliken和Hund提出了分⼦轨道理论。

认为：电⼦是在整个分⼦轨道中运动，不是定域化的。

他们还提出能级图、成键、反键轨道等重要的概念。

1931-1933年，Hukel提出了⼀种简单的分⼦轨道理论，⽤于讨论共轭分⼦的性质，相当成功。

1950年，Boys⽤Guass函数研究原⼦轨道，解决了多中⼼积分问题，是今天⼴为利⽤的⾃洽场分⼦轨道理论的基础，在量⼦化学的研究中占有重要地位。

1951年，Roothaan在Hartree-Fock⽅程的基础上，把分⼦轨道写成原⼦轨道的线性组合，得到Roothaan⽅程。

第2章分子结构[教学要求]1．掌握离子键和共价键的基本特征和它们的区别。

2．掌握价键理论，杂化轨道理论。

3．掌握分子轨道理论的基本内容。

4．了解分子间作用力及氢键的性质和特点。

[教学重点] 1．VSEPR 2．VB法3．MO法[教学难点] MO法[教学时数] 6学时[主要内容]1．共价键：价键理论－电子配对法（本质，要点，饱和性，方向性，类型σ键、π键）。

2．VSEPR：价电子互斥理论的提出，价电子互斥理论的基本要点以及用价电子互斥理论分析各类分子和原子团的空间构型。

3．杂化轨道理论：杂化轨道理论的提出，杂化轨道理论的基本要点，杂化轨道的类型-sp、spd 等各种类型及举例。

4．分子轨道理论：分子轨道理论的基本要点，分子轨道的能级图，实例-同核：H2、He、O2、F2、N2；异核：NO、HF。

5．共价键的属性：键长，键角，键能，键级。

6．分子间的作用力和氢键。

[教学内容]上一章主要研究的是原子的结构与性质，本章进一步讨论原子同原子之间和分子之间靠什么力结合在一起？分子有什么性质？具体的讲2-1 路易斯结构式一、弗兰克兰结构式到19世纪时，化学家们已经知道了许多分子的成分，如氯化氢HCl、水H2O、二氧化碳CO2、氨NH3等，并用短棍线“—”的形式来描述分子中原子之间的相互结合“1价”，还总结出一些规律。

其中英国化学家弗兰克兰和瑞典化学家贝采尼乌斯贡献较大。

这些表达方式，在我们中学化学课本中还在沿用。

二、路易斯结构式1916年美国的著名化学家（加里福尼亚大学教授）路易斯利用原子结构知识对弗兰克兰结构式的短棍线“—”进行了解释，即“—”代表一对共用电子对，= 代表两对共用电子对，≡代表三对共用电子对，并进一步提出了键合电子和孤对电子的概念以及分子结构稳定性的“八隅律”—原子倾向于通过共用电子对使它们的最外层达到稀有气体的8电子稳定构型。

1923年路易斯进一步将化合物分子中两个原子在一起的共享电子对称为共价键，从而建立了路易斯共价键理论。