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分子轨道理论的深入理解
要要以一个计算化学实验为例
要
文/郭昱恩
摘要院 分子轨道理论是理解分子电子结构与微观性质的重要理论之一袁 也是结构化学的重
点与难点遥 学生对原子轨道组合形成分子轨道等知识的理解缺乏形象直观尧 定量的认识遥 本文
通过基于量子化学或密度泛函理论的 Gaussian 09 计算软件袁 计算尧 绘制并分析了 O 2尧 N 2尧
CO尧 C 2H 4尧 C 4H 8尧 C 6H 6 等分子的分子轨道图袁 将较难理解的内容定量尧 直观地呈现出来袁 形象
地解释了分子轨道理论中的重难点袁 加深了对分子轨道理论的理解遥 深
关键词院 分子轨道理论尧 Gaussian 度
教
研
窑
课
1.概述 程
研
1932 年袁 美国化学家 Robert S. Mulliken 和德国化学家 Friedrich 究
Hund 提出了一种新的共价键理论要要要分子轨道理论 渊Molecular
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Orbital Theory冤袁 即 MO 法遥 该理论注意了分子的整体性袁 因此较好
地解释了多原子分子的电子结构遥 目前袁 该理论在现代共价键理论
中占有很重要的地位遥
分子轨道理论是处理双原子分子及多原子分子结构的一种有效近
似方法袁 是原子轨道理论对分子的自然推广袁 也是化学键理论的重要
内容遥 在分子轨道理论学习中袁 一方面袁 电子填充规则与成键规则比
较抽象曰 另一方面袁 现有常见教材通常是给出 s尧 p 原子轨道能级及
其组合形成的分子轨道能级分布的定性示意图袁 缺乏定量的数据及
相应轨道的形状遥 这对理解分子轨道结构有一定的困难遥 如果能够给
出定量的数据袁 并绘制出相应轨道的形状袁 这样就能够方便直观地帮
助学生理解这些分子的轨道结构以及分子轨道理论中电子填充与成
键规则遥
然而袁 由于学生的理论知识水平有限袁 要学生手工去求解薛定谔
方程来定量获得这些分子的轨道结构几乎是不可能的遥 随着理论计
算化学及其应用软件的快速发展与高性能计算机的普及袁 使得能够
利用理论计算软件来帮助学生获取分子轨道的能级及形状等电子结
构信息袁 结合分子轨道理论知识袁 使抽象尧 晦涩的分子轨道理论跃
然纸上袁 形象立体袁 能够从定性尧 定量等多角度帮助学生理解分子轨
道理论遥
