注意:
在我们把电子添加到上图之前,我们必须考虑另一个效应。在上图中,我们假设了一个原子的2s轨道和另一个原子的2p轨道之间没有相互作用。但是实际上,存在一个原子的2s轨道和另一个原子的2p轨道相互作用的例子。
下图显示了其中一个原子的2s轨道与另一个原子的2p轨道的重叠。这些相互作用增加了σ2s和σ2p分子轨道之间的能量差,σ2s的能量减少,σ2p的能量增加。如果这种2s-2p相互作用足够强,就可以改变分子轨道的能量顺序:
a.对于B2、C2和N2,σ2p分子轨道能量高于π2p分子轨道。
b.对于O2,F2和Ne2,σ2p分子轨道能量低于π2p分子轨道。
当分子轨道中的能级排序给定时,确定到的分子轨道示意图十分容易。比如,一个硼原子有三个价电子。(注意:我们此处忽略了1s中的电子)。因此,我们要将六个电子填入其分子轨道中。它们中的四个填入σ2s和σ*2s,不参与成键;另两个价电子分别填入两个π2p,其自旋方向相同。因此,B2分子键级为1。
在第二周期中,每次我们向右移动一个元素,就必须多放置两个电子。例如,在移动到C2时,比B2多了两个电子,这些电子被放置在π2p分子轨道中,完全填满了π2p分子轨道。B2到Ne2的电子构型和键级如下图所示。
5.电子构型和分子性质
5.1在某些情况下,物质在磁场中的行为方式可以反映其电子的排列
a.具有一个或多个未成对电子的分子会被磁场吸引。
一个物种中未配对的电子越多,磁场对其吸引力就越强,这种类型的磁性行为被称为顺磁性(paramagnetism)。
b. 没有不成对电子的物质会受到磁场的微弱排斥。这种性质被称为抗磁性。
5.2键长和键能同样和分子中的电子排布方式有关
随着键级的升高,键长变短,键能升高。氮气分子的键级为3,所以它有着较短的键长和较大的键能。事实上,氮气较稳定,不易与其他物质反应生成氮化物。高键级能够解释它的稳定性。
但值得注意的是,键级相同不意味着两个不同的分子有相同的键长和键能。键级只是影响这些性质的一个因素,另外的因素包括电荷量和原子轨道之间的重合部分大小。
六.第二周期元素异核双原子分子的分子轨道
同核双原子分子的分子轨道原理可以扩展到异核双原子原子分子(分子中的两个原子不相同的分子)。
以一氧化氮(NO)为例:NO有奇数个电子,并且具有高度反应性。分子有11个价电子,可以画出两种可能的路易斯结构。
如果异核双原子分子中的原子在电负性上没有太大的差异,那么它们的分子轨道与同核双原子中的分子轨道相似,但是有两点不同需要注意:
a.电负性较高的原子的原子轨道的能量低于电负性较低元素的原子轨道。
下图中,氧的2s和2p原子轨道略低于氮的轨道,因为氧比氮的电负性更强。NO的分子轨道能级图很像同核双原子分子,这是因为两个原子上的2s和2p轨道彼此相互作用,产生了相同类型的分子轨道。
b.虽然此处分子轨道依然是两个原子轨道相互作用形成的,但是总的来说,形成的分子轨道中,与该分子轨道能量相近的原子轨道对其贡献更大。
NO中的σ2s分子轨道能量和O原子中的2s轨道能量更接近,所以O对σ2s分子轨道形成的贡献更大。因此,该分子轨道不是两个原子等价形成的。同理,σ*2s反键分子轨道偏向N原子一侧,因为该轨道的能量更接近于N原子中的2s轨道。