分子轨道,分子轨道理论在矿物学中的应用?

原子在形成分子时分子轨道,所有电子都有贡献,分子中的电子不再从属于某个原子,而是在整个分子空间范围内运动。 分子轨道可以由分子中原子轨道波函数的线性组合而得到。 原子轨道线性组合的原则(分子轨道是由原子轨道线性组合而得的): (1)对称性匹配原则 只有对称性匹配的原子轨道才能组合成分子轨道,这称为对称性匹配原则。 2)能量近似原则 在对称性匹配的原子轨道中,只有能量相近的原子轨道才能组合成有效的分子轨道,而且能量愈相近愈好,这称为能量近似原则。 (3)轨道最大重叠原则 对称性匹配的两个原子轨道进行线性组合时,其重叠程度愈大,则组合成的分子轨道的能量愈低,所形成的化学键愈牢固,这称为轨道最大重叠原则 4.电子在分子轨道中的排布也遵守原子轨道电子排布的同样原则,即Pauli不相容原理、能量最低原理和Hund规则

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两者本质上都是解薛定谔方程,不同之处如下:原子轨道理论是在假定原子核不动的前提下(奥本海默近似)算库伦势能下的能级,进阶版可以纳入原子核的运动,原子/电子的自旋/磁矩效应,相对论量子力学修正等等。分子轨道问题本质上是量子多体问题,简单的分子轨道模型也假定原子核不动,最最简单的办法就是用微扰理论,将哈密顿量以各个原子的轨道作为基对角化,通常会有几个分立的能级,即为bonding/antibonding states,作为定性的理解工具可以。其余的大都是些数值方法,有以下几种思路:波函数方法(哈特里,哈特里-福科,configuration interaction,coupled cluster,量子蒙地卡罗),实际上是对波函数不断调整,直至收敛,这几种方法所选用的基不同,也有不同的理论假设,各有适用范围。问题在于原子一多算起来就巨慢无比,无论什么方法都没辙,因为我们有N个粒子就有3^N自由度,所以说要描述系统的波函数就要3^N个变量,N现在最多也就做到十几,也是特定方法特定系统,追求了数量,精度也就有限了。当今最热门的方法是密度泛函理论,火爆程度:每天有50+篇用到DFT的论文发表。牛人(Hohenberg, Kohn)提出,电子密度分布函数和系统基态能量有一一对应的关系,这样一来我们就不用去操心3^N个自由度了,因为基态电子密度就像其他的密度分布,只有三个变量;后来,Kohn和华裔科学家沈吕九后来提出可以用一个电子之间相互不作用的系统来替代电子相互作用的真实系统。对于电子相互不作用的系统我们驾轻就熟,这样一来计算大幅度减化,使得DFT广泛应用在量子化学,凝聚态物理,材料科学,纳米技术等领域。问题在于,Kohn-Sham的理论涉及到对电子相互作用(exchange correlation)的近似,不同的应用上用到不同的近似方式。附图一张,不同的Exchange correlation泛函和他们的精度。(摘自 Karsten Jacobsen 教授在 DTU 的课程“Adv. Quantum Mechanics”, DFT Exchange correlation 这一课课件)值得一提的是,这个领域里有个大牛,叫做雷干城,华裔科学家,在计算凝聚态领域造诣深厚,现为美国科学院院士。最后声明:才疏学浅,如有错误/遗漏必虚心请教,请轻拍。

遵循,洪特规则,最低能量原理,1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p65s等,第3个对,电子最分散,能量最低,有3个电子np的xyz上各一个,半满原理追答:npxyz的3个轨道先排一个达到半满结构,此时原子的电子能量最低,体系最稳定,如有第4个电子得话则继续排在npx,y,z的任意一个。举例:p层有1个。npx1,或npy,或npz,如有2个,则排在其中的任意2个轨道中,如有3个则在3个轨道中各一个。如有4个则npx2,npy1,npz1,如有5个。npx2,npy2npz1,有六个电子就会排全满结构,体系能量也是最低的,原子很稳定,比如Ne,Ar等原子。

分子轨道的能级顺序是什么这个分子轨道跟电子轨道先要搞清什么是分子轨道.分子轨道是两个或多个原子的原子轨道线性组合(即原子轨道波函数按一定比列叠加)得到的,当两个或多个原子彼此靠近到一定的距离(成键距离)时,原子轨道就会相互作用(即叠加)形成分子轨道.形成分子轨道后(原先的原子轨道就不存在了),原子中的电子将不再是各个原子所有,而是整个分子所有.所有电子将同样按照能量最低原理、保里原理洪特规则填充到分子轨道中去.形成的分子轨道有的比原先原子轨道能量低(当这样的轨道上填有电子,分子总能量降低,即对成键有利,这样的轨道称为成键轨道),有的比原先原子轨道能量高(当这样的轨道填满电子,对成键不利,称为反键轨道),有的和原先原子轨道能量相等(对成键无影响,称为非键轨道).

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