VSEPR,分子軌道,價鍵理論能放在一起用嗎

時間 2021-05-12 00:06:43

1樓:過柱子的民工

不僅能放在一起用,而且是對一些問題做簡單的定性分析的常用方法。

我們先從乙個簡單的甲烷分子入手:

我們來看這個分子軌道能級圖:

碳的2s軌道和氫形成了乙個較低能級的σ成鍵軌道和乙個較低能級的σ*反鍵軌道。2p軌道和氫形成了三個較高能級的σ成鍵軌道和三個較高能級的σ*反鍵軌道。那麼這個結果和實驗測得的甲烷分子的四個等鍵長、等能量的σ鍵矛盾嗎?

並不。因為當前語境下σ軌道和σ鍵不是乙個東西。我們在做完圖中的處理之後,對成鍵軌道進行雜化處理,得到每個CH之間分到1/4的較低能級的σ軌道和3/4較高能級的σ軌道,於是就得到了4個完全一樣的CH鍵了。

你算算這中間s軌道和p軌道的比例,是不是剛好和sp3雜化的處理結果等效?所以,我們發現這兩者的結果殊途同歸。

但是,傳統的價鍵理論和上圖對比是不是少了點啥?沒錯,少了反鍵軌道這一部分。既然成鍵軌道之間可以雜化,那麼反鍵軌道是不是也可以雜化?

答案是可以的。所以我們可以得出,每個CH周圍分到1/4個較低能級的σ*反鍵軌道和3/4個較高能級的sigma*反鍵軌道。

把上述兩段綜合起來,我們可以得到一種價鍵理論和分子軌道理論聯用,得到和分子軌道理論等效結果的處理方法。先對原子軌道進行雜化,然後將雜化軌道用分子軌道理論處理得到一組成-反鍵軌道,最終得到乙個和分子軌道理論處理結果等效的最終結果。比如下圖的碳碳鍵,兩個Csp3軌道相互疊加,得到乙個成鍵軌道和乙個反鍵軌道。

這些結果可以解釋一些不太複雜的問題。比如SN2反應為什麼親核試劑要從反面進攻而不是從碳原子和離去基團的中間插入——因為親核試劑要進攻反鍵軌道

防槓:我這是就著哈佛大學的有機化學課件學的,有意見冤有頭債有主嘿嘿。

2樓:

別急,應該說的是下面這塊內容吧,既有sp雜化,又有成鍵軌道和反鍵軌道。

Organic Chemistry 8th-L.G.Wade P670

贊同 @reseved 的對VSEPR評價。

Modern Physical Organic Chemistry -Anslyn Eric, Dougherty Dennis.

因為「僅考慮共價π 電子;僅考慮最鄰近電子之間的相互作用」。所以借用雜化理論,找出其中sp雜化的原子能大大簡化這個方法的前期操作——「找出相互影響的π 電子」。

這就像高中物理選修裡的那種動能+動量的題目一樣,是可以「先用動能定律算最終速度,再用動量定律算過程中的量」的。老師一直強調動能定律和動量定律不一樣是怕把做題時把這兩種方法搞混,但沒說兩種方法是完全不能相互關聯。

而且化學裡把不同方法絞在一起的案例有比這嚴重得多的,比如配合物的價鍵、晶體場、配位場和分子軌道理論,現在只講某一種理論的都不多了吧。

本書16章介紹芳香性和Hückel規則時,用的MOs也明顯是Hückel分子軌道理論的,可能是作者覺得讀者都知道(或者不必知道)這一點,所以沒點出來吧。

至於理論之間的相容性的問題,MOT和價鍵/雜化理論最大的不同在於對鍵的認識,即電子是「離域的」還是侷限在兩個原子之間的「定域鍵」中。一些有機教材會把分子中某個鍵的成鍵軌道/反鍵軌道畫出來,進行某些分析(如下圖)。

這在一些分子軌道理論愛好者看來是「十惡不赦」的。要是不宣告對這種做法持保留意見的話,可能會被追問大學裡學是不是沒學過結構化學/量子化學。

3樓:reseved

emmmm……怎麼說呢,價鍵理論和分子軌道理論的處理,得建立在幾何構型已知的情況下(雖然有一部分時候可以輔助預言,找能量最低的構型)。而VSEPR沒有使用量子力學知識,就是判斷分子立體構型的經驗辦法,而且有些時候也不夠好,有些問題解釋不清。看題主說的是有機化學,最好是不必用VSEPR,有機物的原子成鍵形式有限,沒必要天天VSEPR的說……

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