2-1-2 简单双原子分子

  简单双原子分子的电子构型能容易地用上述分子轨道的概念来讨论。按照构造原理,只需知道各轨道的能量次序(2-8)即可

对于2s2p轨道能量相差小的原子,2s2pz轨道必须以LCAO方法合起来考虑,这种sp杂化作用的效应,使π2pxπ2pyσ2pz稳定,例如,在B2C2N22-9分子中,π2p轨道的能量低于σ2p

  一些同核双原子分子的电子层结构(2-10)可描述如下:

  2Li1s22s1Li[KK(σ2s)2]

由于内层几乎未受扰动,这里每个核的两个K(1s)电子在分子的电子构型中,简单地用两个K来表示,而两个价电子则形成了一个单键。这是一个弱的键(104kJ·mol-1,而H-H键为436kJ·mol-1)。因为Li2s轨道比H1s轨道大,且更为漫散,结果只能有较少的有效重叠,而且已充满的K层之间的排斥作用,使得Li2中的键变长和变弱。2-11Li2的分子轨道。

  按照上述原理,Be2分子的电子构型应是[KK(σ2s)2(σ*2s)2]。因为σ*2sσ2s对应的反键轨道,净的相互作用为零,所以尚未发现有Be2分子。

  2N1s22s22p3N2[KK(σ2s)2(σ*2s)2(π2p)4(σ2p)2]

这里,σ2sσ*2s都被一对电子所占有,这意味着成键作用完全是由于2p原子轨道的重叠而引起,形成了一个σ2Pz分子轨道和两个简并的即等价的π2p分子轨道。所以氮分子有三个净的成键作用,键序为3,这是双原子分子中最大的键序。氮分子的电子排布是使它具有很高热稳定性(940kJ·mol-1)、很短核间距离(110pm)和抗磁性的原因。2-12为硼至氮的分子轨道。

  2O1s22s22p4O2[KK(σ2s)2(σ*2s)2(σ2p)2(π2p)4(π*2p)2]

   O2分子比N2分子多两个电子,按照洪特规则,分别容纳在两个p*2p轨道上。因而有一个s键和两个”p键,键序为2。因为两个奇电子自旋是平行的,所以分子呈顺磁性(2-13)。键长121pm,键的强度为493kJ·mol-1。当O2移去一个电子变成O时键长缩短到112pm,这与移去一个反键电子和键序增加到2.5相一致。当加上一个电子得到O时,因为外加的电子必定进入反键轨道,所以键长增加到126pm,键序则降低到1.52-14O2分子轨道能级图。

  氟  2F1s22s22p5F2[KK(σ2s)2(σ*2s)2(σ2p)2(π2p)4(π*2p)4]

在氟分子中,p成键轨道及其对应的反键轨道都已充满电子,因此唯一有效的键是由2pz原子轨道重叠而形成。这个电子层结构与弱而长的F-F(155kJ·mol-1142pm)以及氟的抗磁性相一致。

   Ne2分子尚未发现过。它的反键分子轨道与成键分子轨道一样都已充满电子,键序(键级)为零。

 

 练习                                      

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