分子轨道理论(2)

还记得价键理论(2)中提到的小明和小刚共用耳塞这个事吗?在这个过程中好像漏了一点什么东西。大家能想到吗?

我们知道,一个s轨道和一个p轨道杂化的时候,会得到两个sp杂化轨道,轨道数是守恒的。几个轨道进行杂化,最后就会得到几个杂化轨道。1+1=2。

小明和小刚一共有两个耳塞,两个电池仓,那共用之后,是不是应该还剩下一个电池仓?

如果这个时候,不知道从哪来了一对耳塞,刚好可以放到这个剩下的电池仓里,那么这两个人是不是就可以不用再共用了?

把上面提到的小明和小刚换成原子,耳塞换成电子,电池仓换成轨道,一个电池仓有两个耳塞就是一个轨道有两个电子,这个轨道就是成键轨道,也就是我们所熟知的σ轨道。空着的电池仓就是反键轨道,用符号来表示就是σ*。成键轨道,顾名思义,就是放共用电子对的轨道,比如C : H, : 就是这个共用电子对。形成σ共价键。而反键轨道呢,你可以理解为断键轨道,当这个轨道里有电子的时候,会使得σ键断掉,如果成键轨道和反键轨道各有两个电子的时候,就相当于两个原子可以不用共用电子对了,可以不用成键了,这个键就会断掉。只要成键轨道上有电子,哪怕只有一个,还剩一个,这个键就可以存在,只是没有两个电子来的稳定而已。这就要涉及一个概念,键级。

什么是键级呢?在分子轨道理论中,键级是用来定义共价键的强度的。

有个简单的计算公式

键级=(成键电子数-反键电子数)/2

在价键理论中,键级为1,那么这个键就是单键,如果为2,就是双键。但是到分子轨道这里,键级也可以为分数,比如1/2,3/2这种。

一言以蔽之,在成键时,几个原子轨道就会形成几个分子轨道,其中一半是成键轨道,另外一半对应的就是反键轨道。

sp杂化轨道成键,头碰头,重叠就形成了σ键,一个成键轨道,那么反键轨道σ*在哪里?

sp3的其中一个成键的就是上图黑色的部分,反键轨道大概就是朝向黑色的反方向。所以很多携带电子对的亲核试剂都会从反方向来进攻,典型的就是卤代烃的SN2反应。氢氧根从C-Br键的反方向来进攻,具体的以后再细说。

至于上次提到的那几个事实,氧气分子具有顺磁性,氢分子离子的存在,以及分子的颜色问题,就可以用分子轨道理论来解释了。

这就是氧分子的分子轨道排布图,see,在π*2p轨道上有两个单电子,这就是氧气分子具有顺磁性的原因。

为什么那两个电子不能在同一个反键轨道上呢?

下次再说~嘿嘿~

未完待续

参考文献:

1. https://zhuanlan.zhihu.com/p/66231852

2. 邢其毅,裴伟伟,徐瑞秋,裴坚。基础有机化学(第四版),高等教育出版社。

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