双原子分子

更新时间:2022-07-06

双原子分子指所有由两个原子组成的分子。双原子分子内的化学键通常是共价键,分子间存在色散力和部分诱导力。

基本信息

中文名双原子分子
外文名diatomic molecules
拼音shaungyuanzifenzi
术语类别化学术语
形成键化学键
主要类型同核,异核双原子分子
释义两个原子组成的分子

分类

同核双原子分子

一切物质都由粒子构成,基本粒子有分子、原子等。

很多非金属元素(包括氢、氮、氧、氟、氯、溴、碘\u003c当一个非金属元素不能当成是一种物质时,这个非金属元素组成的单质是双原子分子\u003e等)的单质均是双原子分子。其他元素(如磷)也可能以双原子分子构成单质,但这些双原子分子并不稳定。这些构成单质的双原子分子称为同核双原子分子。其中,氮和氧的同核双原子分子占地球大气层成份的。

异核双原子分子

以双原子分子存在的化合物包括一氧化碳一氧化氮等。这些双原子分子称为 异核双原子分子。

准双原子分子

分子中的原子之间有相互作用力。不是所有的原子在通常情况下都能形成稳定的分子,例如氯原子与氙原子,只有当它们处于激发态时,才有可能形成氯化氙,回到基态又分裂为单个原子,这种分子叫准分子,利用准分子的特性可制成准分子激光器。

分子轨道能级图

同核双原子分子的分子轨道能级图

将分子轨道按能量由低到髙排列,可得到分子轨道能级图。第二周期同核双原子分子轨道能级图(图1)有两种情况。图1(a)适用于 和 分子。氧原子的2p 轨道与2S轨道的能级差 ,F原子的2P轨道与2s 轨道的能级差 J,它们的 2s 和 2p 原子轨道能量相差较大。它们的分子轨道排列中,高于。图1(b)适合于N 和 N 以前的元素形成的双原子分子, 2s 和 2P 原子轨道能级相差较小,如 N、C 和 B 原 子的2P和2S轨道的能量差分别为 J, J 和 J , 当原子相互靠时,不仅发生s- s 重叠, P-P 重叠,而且会发生s-p 轨道间的作用,导致能级顺序的改变,使 能级低于。

分子轨道的能量,主要是从电子吸收光谱、光电子能谱(PES)或相关计算来确定的。

分子轨道理论中,分子中全部电子属于分子所有,电子进人成键分子轨道使系统能量降低,对成键有贡献,电子进人反键分子轨道使系统能量升高,对成键起削弱或抵消作用。总之,成键轨道中电子多、分子稳定,反键轨道中电子多,分子不稳定。分子的稳定性通过键级来描述,键级愈大,分子愈稳定。分子轨道理论把分子中成键电子和反键电子数的一半定义为键级。键级= (成键轨道中的电子数一反键轨道中的电子数)。

异核双原子分子的分子轨道能级图

( 1 ) HF F原子 的与H原子的1s轨道能量接近,对称性匹配组成一个成键分子轨道,能量低于F的2p轨道,另一个反键分子轨道,能量高于H的1s轨道。F的1s和2s轨道在形成分子轨道时不参与成键,其能量与原子轨道相同,这样的分子轨道叫做非键轨道。因此在HF分子中共存在三种分子轨道,即成键轨道( ),反键轨道( )和非键轨道( , , )。见图3。

(2)一氧化碳也是一种异核双原子分子,它的核外电子总数等于14,与氮气的分子轨道有相似之处。见图4。

分子轨道电子排布式

同核双原子分子分子轨道电子排布式

(1) 氢分子是最简单的同核双原子分子,2 个1S原子轨道组合成2个分子轨道:和。2 个电子以不同的自旋方式进人能量低的 成键轨道,其电子排布式(又称为电子构型)可以写成键级为。

(2) 与 如果是 2个原子靠近时,每个He原子都有一对已成对的1s电子。形成分子轨道时,一对电子进入 成键轨道,这时成键轨道已被占满,另一对电于只能进入 反键轨道。虽然进入成键轨道的电子对使分子系统的能量降低,但进入反键轨道的电子对却使能量升髙,所以 2 个He原子太靠近时不能形成稳定的分子。但是 能存在,键级为,不太稳定。

(3) 氮气由两个氮原子构成。共有14个电子,每个分子轨道容纳两个字自旋方式不同的电子,按能量从低到高的顺序分布,氮气的电子排布式为: ,这里对成键有主要贡献的是 和,即形成两个π键和一个 键。

(4) 氧气由两个氧原子构成,共有16个电子。

其电子排布式为: 。

最后2 个电子进入 轨道,狠 据 Hund规则,它们分别占有能置相等的2 个反键轨道,每个轨道里有1个电子,它们自旋方式相同。氧气分子中有2 个自旋方式相同的未成对电子,这一事实成功地解释了氧气的顺磁性。氧气中对成键有贡献的是 和,这 3 对电子,即1个 键和2个 键,在 反键轨道上的电子抵消了一部分 这2个π键的能量。考虑到这2个反键电子,氧气中的2个键不是像氮气中那样的二电子π键,而是三电子π键,即每个π键实际上由2 个成键电子和1个反键电子组成,氧气中有2个三电子π 键。可见把两个氧原子结合在一起的是叁键,而不像以前价键埋论所描述的那样是双键。由于三电子π键中有1个反键电于,削弱了键的强度,三电子π键不及二电子π键牢固。

异核双原子分子分子轨道电子排布式

(1 氢原子和氟原子共有10个电子,根据最低能量原理和pauli不相容原理,把这些电子填入分子轨道中,可知使HF分子能量降低的是进入 轨道的两个电子。的电子构型为

(2)的核外电子总数为14,电子构型为

根据电子排布规则,最高占有分子轨道是最后被占据的分子轨道,最低未占分子轨道(LUMO)是紧接其后的能量较高的空分子轨道,两者一起构成分子的前线轨道。前线轨道的这种组合方式非常重要,这是d区元素容易形成羰基化合物的原因之一,金属羰基化合物中的HOMO含电子轨道参与形成 键,LUMO空π轨道参与形成π键。


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