分子轨道理论
原子轨道线性组合(LCAO)
/ L-C-A-O, 'el-see-ay-oh' /
既然分子轨道属于整个分子,我们从哪里得到它们?我们不是凭空发明,而是把每一个分子轨道当作一份配方——已经熟悉的原子轨道按不同比例加权的混合。把这些熟悉的原子云按不同比例相加或相减,就得到新的分子轨道。这种“以混合搭建”的配方就是 LCAO 近似。
具体地说,取两个氢的 1s 轨道,叫它们 A 和 B。同相相加 (A + B),得到一个分子轨道,电子密度在两核之间堆积——这是成键轨道。相减 (A - B),得到一个在两核正中带有节面(一层密度为零的平面)的分子轨道——这是反键轨道。两个原子轨道进去,总是两个分子轨道出来;A 与 B 系数的平方大小,告诉你电子偏向哪个原子。“线性”一词只是说我们在缩放并相加,而不是把轨道相乘。
LCAO 是分子轨道理论日常的主力,因为它坦白承认自己是近似,却又好到足以预测键级、磁性和分子能级的大致阶梯。真正的分子轨道比任何原子轨道的有限求和都复杂,但原子轨道的混合抓住了真正要紧的化学——这正是为什么你今后画的几乎每一张分子轨道图,骨子里都是一个 LCAO。
对 H2:成键的 sigma 轨道大致是 (1sA + 1sB),反键的 sigma-star 轨道大致是 (1sA - 1sB)。两者都来自同样的两个原子轨道——一个靠相加,一个靠相减。
原子轨道同相相加得成键分子轨道;相减得反键分子轨道。
LCAO 是近似,不是精确真相——真实的分子轨道并非孤立原子轨道的字面求和,但这种混合足够准确,能在化学家关心的情形里把成键说对。
又称
另见