2[1].价键理论和分子轨道理论
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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。