共价分子的核间电子云密集区是如何形成的.pdf

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1、共价分子的核间电子云密集区是如何形成的申永良,当两个原子中的电子自旋方向相反且互相靠近时两核间的电子,共价键理论告诉我们。,,形成稳定的共价分子为什么此时两核间会出现电子云密集区?云密集对两核产生引力,,或者蜻蜓点水一带而过结果给学习者造这个问题在无机化学和结构化学中或者避而不谈,。,凡人不可深究之感宏观客体与微规各体乙l川仔于成微观世界神奇玄妙其实并不尽然,。:比性联系二者的桥梁是量子力学本文将简述用量子力学方法处理H分子得到的有关共,其结论可以推广到其他共价分子。价键形成的数学模型aZ,即核与核弓之间的排斥力H分子中有六种相互作用力(如图1所示),a`F`一核分别与电子i和电子j之间

2、的吸引力Z电子与电子j之间白”排斥力jFa之一czr口’`日兮`口F“二一e,口F`二和。,核日分另”与电子“电子,之!司的吸弓,力日界al=F一看目1a1,,,。ere’zR和为距离我们可以象建立数学方程z月共中为电子电荷为原子序数F二一阳2、’一,式那样把这作用力以及原子核的动能2二、电子的动能甲中和整汤(戈)(孟)Z:个H分子的能量p联系起来写出薛定铐方程(采用原子单位)今Z氏_心.一一一雹辫谕,工以户.生用即琳中劝于机琳毗图一23一=’一’一z“一。一l一P2``22猛而认二护甲譬rr性念(lp日黝(l,Z。Z式中协为波函数是描述H分子体系状态的虽然H分子在所有分子体系中相互作用

3、,。力是最少的求解(1)式的波函数中仍然不容易但是考虑到原子核的质量比电子的质,,,,量重得多核运动比电子慢得多作为一种合理的近似可以把原子核看作是固定不动的。:而把核与电子之间的相对运动看作是电子围绕不动的原子核运动把这一近似观点应用于H,,分子时薛定铐方程中不出现核的动能部分解(1)式得出的波函数也就反映了电子的运〔’〕,Za动状态近而可以推导出H分子中所有质点(原子核和电子)作用在任一原子核XFa,ayZ上的力在轴方向的分量x(由于对称性作用于核上的力在和方向的分量为零)〔2’〔“〕,为.乙aaFaX一。`·/zCOSO2厅COSO彦、Z26`’一r十一r2一QV一2立气`f即声豆

4、一F“XP(·乙aZ或`r一)fd、一日2主RZaCOSe了zoS。口C厅f二:其中函数raiZri’2)式具体地体现了上述的近似观点由于电子口,,的快速运动使得电子波函数能针对核构型的变化而立即调整电子的快速运功使得缓动的,,r核把电子看成象弥散于空间的电子云而不是分立的粒子这种几率密度分布为爪)的假,想电子弥散而作用于核涌勺总力由(2)式右边第一项给出(2)式右边第二项是其他核一ax与核的静电排斥力(第一项和第二项前面的符号分别表示作用力的方向指向轴的正方。向和负方向),Z,同理可以得出H分子中所有的质点作用于核夕的力F肚与Fxa大小相等但方向相。反12。,,Fax下面我们利用(2)

5、式讨论H分子的化学成键问题实际上我们只要知道为正a,或为负就知道分子中各质点作用于核上力的方向从而知道两核间是否出现电子云密集区。,,。F。xF、了由于两核之间的排斥力砂别对核和核口大小相等方向相反且与夕总是结伴’’`’’’’`’’``’`-’`’``一``一”`一’一一”-一~“~一”R~”一一一“一一Z,,存在于H分于是力Z“不影响Pxa和F肚在成键时的数值及方向Fxa和F称的大小及种票r,,。方向是由函数f决定的[户()永远为正向〕所以我们只需考虑f即可一般有如下几种情况。,,,a,当刃>0a>o万>叩>。时电子i位于两核之间如图2()所示这时a,CoS0)0COSe日>0则f>0

6、ax,a,说明该电子作用于核的力指向轴的正方向即电子倾向于把拉向日所以此区域里的电子起成键作用“。一24一去、/七勺,/.」夕"工诊豁一、、广、pL产、(G)图2.`电子劝住置与函软的夫系、,,,,2二eaeiab当>>落要>日>o时电子位于核左边如图2()所示这时`乙,COS0a<0COSO日>0但若存“如/CQS6日f、、一一傀则>0{镖ri日axa,说明该电子作用于核的力仍指向轴的正方向侧向于把拉向尽此区域里的电子仍起成。键作用一25一、`”a,,当>>邓妻“时a,),合合电子i位于核左边如图2(C)所示这时a,COS0<0COSO夕>0a!CoS8但若存在r2ai则f

7、说明该电子作用于核的力指向轴的负方向倾向于把推向远离日的方向(实际上是该电a,a”〕,子对靠近它的核的吸引作用大于对核日的吸引作用倾向于拉远离拼此区域里的电。子起反键作用,a,f,a综上所述对核而言起成键作用的电子位于两核的>0的空间区域倾向于把拉,,a。向禹由对称性可知对核日而言起成键作用的电子也位于该区域而把口拉向也就是,,说弥散于两核间的电子云起着把两个原子核互相拉近的作用伴随着两个原子核的逐渐靠,,。,近两个原子间电子云发生