怎樣理解碳原子 sp sp2 sp3 雜化軌道的電子雲圖?

時間 2021-05-31 02:20:00

1樓:

來自 pp. 404-5, Chemistry, Zumdahl, Zumdahl, Cengage Learning, Ed. 8, 2008.

想著多幾幅圖會幫助題主理解。

2樓:任浩

電子雲即電子密度在空間的分布,一般我們把電子密度等值面畫出來就是電子雲圖了。電子密度是波函式的模方,在求算過程中丟掉了關於符號(相位)的資訊,其值為0-1之間的正數。題主給出的截圖很明顯是乙個等值面圖,裡面的顏色變化屬於藝術處理,就是打了個光,加了個陰影啥的,不包含任何物理資訊。

電子雲圖還有另外一種畫法,就是在空間點點,電子密度越大的地方點的點越多,顏色也就越深。在後面這種圖中是不會出現乙個明顯邊界的。

然後雜化。雜化是乙個唯象的定性的概念,不過可以通過合理的近似定量的解釋,以C原子的sp雜化為例:

我們有乙個C 2s軌道,乙個2px軌道,(形式上,2py軌道的情況跟2px基本完全相同,2pz會更簡單一點,但三者在物理上是完全等價的),2s是球對稱,2px相對於x軸中心對稱,其絕對值關於yz面對稱,是x的奇函式。

採用Hartree-Fock近似,就是每個電子都在原子核和其他電子共同形成的勢場中運動,這個平均勢場近似為球對稱。這時可以將C原子的2s和2p軌道近似寫成類氫原子軌道

其中Z2s和Z2px分別為3.217 和3.136 (http://

en.wikipedia.org/wiki/E

ffective_nuclear_charge

),是C原子2s和2px電子感受到的有效核電荷。這樣我們可以畫出2s和2px軌道的等值面

這裡兩個圖都是原子軌道的等值面,由於沒有取模方,可以看到在2px的圖中有不同顏色表示的不同符號(相位)。

下面取模方,計算電子密度分布。顯然對2s軌道來說,去模方後保持球對稱性不變,但2px的電子雲與波函式分布不同。

所謂雜化就是將合適的軌道重新組合成對稱性符合我們需求的新軌道。下面我們來看C的2s軌道和2px軌道雜化。

然後看它們的機率密度:

呃,小尾巴已經出來了。。

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