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分子軌道理論的深入理解

要要以一個計算化學(xué)實(shí)驗(yàn)為例
要

文/郭昱恩

摘要院 分子軌道理論是理解分子電子結(jié)構(gòu)與微觀性質(zhì)的重要理論之一袁 也是結(jié)構(gòu)化學(xué)的重
點(diǎn)與難點(diǎn)遙 學(xué)生對原子軌道組合形成分子軌道等知識的理解缺乏形象直觀堯 定量的認(rèn)識遙 本文

通過基于量子化學(xué)或密度泛函理論的 Gaussian 09 計算軟件袁 計算堯 繪制并分析了 O 2堯 N 2堯
CO堯 C 2H 4堯 C 4H 8堯 C 6H 6 等分子的分子軌道圖袁 將較難理解的內(nèi)容定量堯 直觀地呈現(xiàn)出來袁 形象
地解釋了分子軌道理論中的重難點(diǎn)袁 加深了對分子軌道理論的理解遙 深
關(guān)鍵詞院 分子軌道理論堯 Gaussian 度
教
研

窯
課
1.概述 程
研
1932 年袁 美國化學(xué)家 Robert S. Mulliken 和德國化學(xué)家 Friedrich 究
Hund 提出了一種新的共價鍵理論要要要分子軌道理論 淵Molecular
17
Orbital Theory冤袁 即 MO 法遙 該理論注意了分子的整體性袁 因此較好
地解釋了多原子分子的電子結(jié)構(gòu)遙 目前袁 該理論在現(xiàn)代共價鍵理論

中占有很重要的地位遙
分子軌道理論是處理雙原子分子及多原子分子結(jié)構(gòu)的一種有效近
似方法袁 是原子軌道理論對分子的自然推廣袁 也是化學(xué)鍵理論的重要
內(nèi)容遙 在分子軌道理論學(xué)習(xí)中袁 一方面袁 電子填充規(guī)則與成鍵規(guī)則比
較抽象曰 另一方面袁 現(xiàn)有常見教材通常是給出 s堯 p 原子軌道能級及
其組合形成的分子軌道能級分布的定性示意圖袁 缺乏定量的數(shù)據(jù)及

相應(yīng)軌道的形狀遙 這對理解分子軌道結(jié)構(gòu)有一定的困難遙 如果能夠給
出定量的數(shù)據(jù)袁 并繪制出相應(yīng)軌道的形狀袁 這樣就能夠方便直觀地幫
助學(xué)生理解這些分子的軌道結(jié)構(gòu)以及分子軌道理論中電子填充與成

鍵規(guī)則遙
然而袁 由于學(xué)生的理論知識水平有限袁 要學(xué)生手工去求解薛定諤
方程來定量獲得這些分子的軌道結(jié)構(gòu)幾乎是不可能的遙 隨著理論計
算化學(xué)及其應(yīng)用軟件的快速發(fā)展與高性能計算機(jī)的普及袁 使得能夠
利用理論計算軟件來幫助學(xué)生獲取分子軌道的能級及形狀等電子結(jié)
構(gòu)信息袁 結(jié)合分子軌道理論知識袁 使抽象堯 晦澀的分子軌道理論躍

然紙上袁 形象立體袁 能夠從定性堯 定量等多角度幫助學(xué)生理解分子軌
道理論遙