分子轨道理论
分子轨道理论是二十世纪之交由 FR Hund 和 RS Mulliken 发展起来的一种化学键合理论，用于解释各种分子的结构和性质。价键理论未能充分解释某些分子（例如共振稳定分子）如何包含两个或多个等效键，其键序介于单键和双键之间。这就是分子轨道理论优于价键理论的地方（因为 MOT 描述的轨道反映了它所应用的分子的几何形状）。
分子轨道理论
In a nutshell, the molecular orbital theory states that each atom tends to combine and form molecular orbitals. As a result of this arrangement, electrons can be found in a variety of atomic orbitals and are typically associated with various nuclei. In a nutshell, an electron in a molecule can be found anywhere within the molecule.
分子轨道理论提供了一种理解其形成后的键合过程的新方法，这是其最重要的影响之一。根据该理论，分子轨道本质上被认为是原子轨道的线性组合。然后使用 Hartree-Fock 或密度泛函理论模型对薛定谔方程进行近似。
分子轨道理论的特点
- 原子轨道重叠形成称为分子轨道的新轨道。当两个原子轨道发生碰撞时，它们会失去身份并合并形成新的轨道，称为分子轨道。
- 与原子中的电子如何填充称为原子轨道的能量状态类似，分子中的电子填充称为分子轨道的新能量状态。
- 分子轨道表示在其原子核周围的分子中找到电子分布的概率。
- 两个结合的原子轨道应该具有相当的能量和方向。例如，1 可以与其他 1 组合，但不能与 2 组合。
- 形成的分子轨道数等于组合的原子轨道数。
- 形成的分子轨道的形状由结合的原子轨道的形状决定。
原子轨道的线性组合
A linear combination of atomic orbitals can be used to express molecular orbitals. These LCAOs can be used to predict the formation of these orbitals in the bonding between the atoms that make up a molecule. The Schrodinger equation used to describe electron behaviour in molecular orbitals can be written in a manner similar to that used to describe electron behaviour in atomic orbitals.
这是表示分子轨道的粗略方法。它更像是一种叠加方法，其中两个原子波函数的相长干涉导致键合分子轨道，相消干涉导致非键合分子轨道。
原子轨道线性组合的条件
- 结合轨道的相同能量：结合形成分子轨道的原子轨道的能级应该是可比的。这意味着一个原子的 2p 轨道可以与另一个原子的 2p 轨道结合，但 1s 和 2p 不能结合，因为它们具有显着的能量差异。
- 分子轴对称性相同：为了正确结合，结合的原子必须围绕分子轴具有相同的对称性；否则，电子密度将是稀疏的。例如，2p 的所有子轨道具有相同的能量，但一个原子的 2pz 轨道只能与另一个原子的 2pz 轨道结合，而不能与 2px 和 2py 轨道结合，因为它们具有不同的对称轴。 z轴通常被认为是分子对称轴。
- 原子轨道之间的适当重叠：如果重叠足够，两个原子轨道将结合形成一个分子轨道。轨道重叠的程度越大，两个原子核之间的核密度就越大。两个简单的要求可以帮助您了解情况。形成适当的分子轨道需要适当的能量和方向。两个原子轨道应该具有相同的能量以获得适当的能量，并且原子轨道应该具有适当的重叠和相同的分子对称轴以获得适当的取向。
分子轨道
The molecular orbital function can be used to calculate the space in a molecule where the probability of finding an electron is greatest. Molecular orbitals are mathematical functions that describe the wave nature of electrons in a particular molecule.
这些轨道可以通过组合分子中每个原子的原子轨道的杂化轨道来构建。分子轨道为通过分子轨道理论证明分子键合提供了一个很好的模型。
分子轨道的类型
根据分子轨道理论，某些类型的分子轨道是由原子轨道的线性组合形成的。这些轨道将在下面更详细地描述。
- 反键分子轨道：在反键分子轨道中，电子密度集中在两个键合原子的核后面。结果，两个原子的原子核被拉开。这些轨道侵蚀了两个原子之间的键。
- 非键合分子轨道：在非键合分子轨道的情况下，由于两个键合原子轨道的相容性完全缺乏对称性，所产生的分子轨道彼此之间没有正或负相互作用。这些轨道对两个原子之间的键没有影响。
键合分子轨道的特征
- 在结合分子轨道的核间区域找到电子的概率大于结合原子轨道的概率。
- 键合分子轨道中的电子导致两个原子相互吸引。
- 由于吸引力，键合分子轨道比结合原子轨道具有更低的能量，因此具有更高的稳定性。
- 它们是由于原子轨道的加性效应而形成的。
反键分子轨道的特征
- 在反键分子轨道中，在核间区域找到电子的概率降低。
- 反键分子轨道中的电子使两个原子相互排斥。
- 由于排斥力，反键分子轨道具有更多的能量和更少的稳定性。
- 它们是由原子轨道的减法效应形成的。
Antibonding Orbitals and High Energy: Bonding molecular orbitals always have lower energy levels than anti-bonding molecular orbitals. This is due to the fact that in the case of bonding Molecular Orbitals, the electrons in the orbital are attracted by the nuclei, whereas in the case of anti-bonding Molecular Orbitals, the nuclei repel each other.
示例问题
问题1：什么是分子轨道理论？
回答：
The Molecular Orbital Theory is a chemical bonding theory established by F. Hund and R. S. Mulliken at the turn of the twentieth century to describe the structure and behaviour of various molecules.
问题2：详细阐述分子轨道理论。
回答：
According to molecular orbital theory, each atom tends to combine and form molecular orbitals. Electrons are found in distinct atomic orbitals as a result of this arrangement, and they are frequently connected with different nuclei. In a molecule, an electron can be found anywhere in the molecule.
问题 3：原子轨道的线性组合有什么用？
回答：
They can be used to estimate the production of these orbitals in the bonding between the atoms in a molecule. The electron behaviour of molecular orbitals can be described using a Schrodinger equation identical to that used for atomic orbitals. It is a way for representing molecular orbitals that is approximate.
问题 5：为什么反键轨道的能量很高？
回答：
Bonding molecular orbitals always have lower energy levels than anti-bonding molecular orbitals. This is due to the fact that in bonding Molecular Orbitals, the nuclei attract the electrons in the orbital, whereas in anti-bonding Molecular Orbitals, the nuclei repel one other.