Chemdraw 绘制分子的homo lomo轨道

西南大学化学化工学院物理化学实验报告实验名称_____ 苯分子轨道和电子结构________ _____ 级_________________ 班姓名_学号__________________ 同组人 __________ 指导老师_________________ 实验日期_____________________ 年_____ 月日实验环境室温_C 大气压_ mmHg 仪器型号__________________________________H rs= /rg H © dt, Srs= r?T (|)$dt (1-4). 进一步的近似假定(1) H rr= a (r=1,2,N),称之为库伦积分 (2) H rs= 对应于原子r 和s 邻近，否 则=0 (3)B 称为共振积分S rr=0(r 制S 为忽略重叠近似进一步做变换，X = (a -E) /-x10 … 1 X1 --■云oo 0由上述方程通过求X 得N 个E 子轨道组合系数Cik 及屮i 苯环的分子轨道计算(a - E)卩P (a-£) 0…0 ' 0 0■巧Cy Xi ■■=0 0 00…(仇- ■ 」做上述处理后久期方程可化为(1-5)苯分子骨架图值并回代到久期方程，再结合归化条件得分B,式1-5 )的非零解方程化为©1、©2 、© 3 、© 4、© 5、© 6是苯环6个n电子的原子轨道波函数，根据分子轨道法，每个n电子的轨道波函数，可表示为：W=C 1 © l+C 2 © 2+C 3 © 3+C 4 © 4+C 5 © 5+C 6 © 6 ( 2-1 )轨道系数方程(a-i)q+p^+p^=0 pq 4 血—决+ 随-0 or 出+(a-**也二() 匡+(a-硏+随二0 由 +(ot -£% + 舱二0Pq +址(cc崔屁=0xq +q +幺=0q 二q+xg 二()g+xqp 二 0q+xg 十 q=0$+$+机二0(2-2)X1000r1X100001X100=0 001X10 0001X110□01JC j久期方程(2-3)展开行列式X 6 - 6 X 4 + 9 X 2- 4=0X 的六个解 X 1=-2 ； X 2, X 3=-1 ； X 4, X 5=1 , X 6=2分子轨道能量分子轨道系数：将每一轨道能量值或X值代入（2-2 ）并结合诡归一化条件，可以求出相应分子轨道的组成系数，例如，对于X=2时（2-2 ）式具体形式为2q+q+q=0 q +N+G =0+屯+q =0 Cg + +牛—0 C4+2Q+C5=O q+牛+乙二0(2-5 )可解得 C 1 = C 2= C 3= C 4= C 5= C 6结合归一化条件得轨道波函数为屮t聊馮=丿6r=](2-6) (2-4 )去掉第一个方程，将C1移到等号右边能量分子轨道州=斗（弔斗％+第+羽埋+<ft>£=忧吗3E-. =ot+P业二而（甜+业-魁-却，-硝+毗）側=缶佩丰厲一鑒一晞）W =缶（珂_笔-号亠吗_号一羽）吐二法血 7 于电％十曙一砒〉毘二口―2p丨实验相关软件Gaussia n 98 程序包Gaussian图形查看程序Gview2实验步骤（1）构建分子结构（2）编写输入文件（3）结果查看，数据统计（4）同样的方法研究丁二烯的分子轨道和电子结构数据记录与处理一、苯分子(1 )苯的六个轨道形状和能量(2 )苯分子中离域n键的键长1.3840(3)苯分子中碳原子和氢原子的电荷C -0.239313H 0.239313二、丁二烯分子(1 ) 丁二烯分子的n轨道形状和能量(2 ) 丁二烯分子中离域n键的键长C=C 1.320C-C 1.470(3 )丁二烯分子中碳原子和氢原子的电荷1 C -0.4118922 C -0.2467303 C -0.2467304 C -0.4118925 H 0.2109456 H 0.2170487 H 0.2306298 H 0.2306299 H 0.21704810 H 0.210945实验讨论(1)什么是离域n键？离域n键：形成n键的电子不局限于两个原子的区域，而是在参加成键的多个原子形成的分子骨架中运动，这种由多个原子形成的n型化学键称为离域n键(2)什么是共轭效应？共轭效应：形成离域n键，增加了n电子的活动范围，使分子具有特殊的物理化学性质，这种效应称为共轭效应(3)写出苯的HMO列式方程，并由此计算出相应的 6个分子轨道波函数.(4 ) 写出丁二烯的HMO列式方程，并由此计算出相应的 4个分子轨道波函数选择：1、基态苯分子总共有D个占据轨道。

h2的homo和lumo轨道HOMO 和LUMO，即最高占据分子轨道（Highest Occupied Molecular Orbital）和最低未占据分子轨道（Lowest Unoccupied Molecular Orbital），是量子化学中关于分子电子结构的重要概念。

HOMO 是所有电子都完全填充的分子轨道，而LUMO 是最接近分子轨道能级的，但尚未被填充的分子轨道。

在化学反应中，HOMO 和LUMO 起着重要的作用。

当发生化学反应时，电子从HOMO 轨道向LUMO 轨道进行转移，从而形成新的化学键。

因此，了解分子的HOMO 和LUMO 轨道分布可以帮助我们理解化学反应的本质。

HOMO 轨道通常具有较高的能量，电子密度较高且局域化在分子的一部分。

这是因为分子的结构以及分子中电子的排布决定了HOMO 能级的位置。

简单的分子通常只具有一个HOMO 轨道，而对于复杂的分子，可能会有多个HOMO 轨道。

在一些有机化学反应中，HOMO 轨道上的电子可以参与施加或释放一个电子的过程，促进化学反应的进行。

与HOMO 相反，LUMO 轨道通常具有较低的能量，电子密度较低且扩散在整个分子上。

LUMO 轨道往往与新化学键的形成有关。

当两个分子接近时，其LUMO 轨道重叠，电子可以从一个分子的LUMO 轨道跃迁到另一个分子的LUMO 轨道，从而形成新的化学键。

这种电子跃迁的过程可以通过反应的能垒来描述。

除了HOMO 和LUMO，还有一些其他的分子轨道，如次HOMO（HOMO-1）、次LUMO（LUMO+1）等。

HOMO-1 轨道通常具有较高的能量，并靠近HOMO 能级，而LUMO+1 轨道较低且接近LUMO 能级。

这些轨道也能够参与化学反应，并对反应的性质产生影响。

通过研究这些轨道，我们可以更深入地了解分子的电子结构和反应机理。

HOMO 和LUMO 轨道的能级差异，即能带宽度，对分子的化学性质具有重要影响。

能带宽度的大小决定了分子的电荷传输性质以及光电性质。

homo和lumo轨道计算
HOMO和LUMO是分子轨道理论中的两个重要概念，可以用
来描述分子中电子的能量和分布。

HOMO（Highest Occupied Molecular Orbital）表示最高占据分
子轨道，即能量最低的、被电子填充的分子轨道。

它通常具有较高的电子密度，可以用于描述分子中电子的移动和反应。

LUMO（Lowest Unoccupied Molecular Orbital）表示最低未占
据分子轨道，即能量最高的、未被电子填充的分子轨道。

LUMO通常具有较低的电子密度，可以用于描述分子与其他
物质的化学反应。

针对一个分子，计算HOMO和LUMO可以通过量子化学计算方法来实现，其中最常用的是密度泛函理论（Density Functional Theory，DFT）和分子轨道理论（Molecular Orbital Theory）。

这些计算方法可以通过计算分子的分子轨道能级和
电子密度得到HOMO和LUMO轨道的能量和分布。

要进行HOMO和LUMO的计算，需要使用量子化学计算软件，例如Gaussian、VASP、ORCA等。

入口部分的基础计算步骤
包括构建分子几何结构、选择合适的方法和基组进行计算，并输出能量和分子轨道信息。

根据计算结果，可以得到HOMO
和LUMO的能量和电子分布。

总结起来，计算HOMO和LUMO轨道需要进行量子化学计算，通过相应的软件和方法得出能量和分布信息。

Chemdraw绘制分子的homolomo轨道ChemBio 3D如何绘制分子轨道作为一款专业的三维分子结构演示软件，ChemBio 3D具有制作结构，立体旋转，读取ChemDraw结构等功能。

而分子轨道理论中的最高占有（HOMO）和最低空轨道（LUMO）在分子反应中也有着重大意义，本实例将以含有双键的最简单分子乙烯来测试双键的反应活性。

1. 基本概念波函数（wave function）：在量子力学中，粒子的状态用波函数（满足特定条件的函数）来描述，波函数本身没有明确的物理意义，但波函数的平方描述了粒子在特定区域出现的概率。

波函数能够通过求解薛定谔方程得到，理论上，当确定了一个研究对象的波函数后，就能够获得研究对象的所有性质。

原子轨道（atomic orbitals）：原子轨道是指原子中电子的所有可能运动状态，对于单电子原子体系（也就是氢原子），我们能够精确求解薛定谔方程得到一系列正交化的波函数（也就是原子轨道）。

在杂化轨道理论中，原子之间的成键过程被理解为在一定规则下原子轨道的有效重叠，而形成的分子中，电子是被定域在原子周围的。

分子轨道（molecular orbitals）：分子轨道是指分子中电子的所有可能运动状态，在分子轨道理论中，分子中的电子被设想为离域在整个分子体系中。

分子轨道波函数通常被表示为组成分子的所有原子的原子轨道的线性组合，能够通过近似求解薛定谔方程得到。

前线轨道（frontier orbitals）：前线轨道理论认为，在一个分子的所有分子轨道中，能量最高的占据轨道（HOMO）和能量最低的非占据轨道（LUMO）对分子的反应和性质起着决定性的作用（图1），这些轨道也被统称为前线轨道（也包括SOMO轨道，指的是单电子占据轨道）。

对大多数化学反应而言，在满足分子轨道对称性的条件下，反应在一个反应物的HOMO与另一反应物的LUMO能够产生最大重叠位置及方向上发生。

图1. 分子的HOMO和LUMO轨道2. 生成分子轨道的方法以上的理论表明：对分子轨道具体信息（包括分子轨道能量和分子轨道形状）的了解有助于我们对分子反应性和其他分子性质的了解, 而其中尤其重要的就是分子的HOMO和LUMO轨道。