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教程(七)分子轨道(一)

关键词:分子轨道    发布时间:2019-05-09 00:00:00    点击数:494

(一)引言:

➢ 在量子化学计算中,通常需要绘制出分子轨道用于分析分子的物理化学性质。本系列将由简入深,逐渐介绍分子轨道的绘制、分子轨道的成分分析以及在实际研究中的作用。
➢ 本文以苯分子为例先介绍分子轨道的绘制。


(二)计算过程:

1. 准备fchk文件(windows版Gaussian用chk文件即可)
█ 软件版本Linux Gaussian 16, Windows GaussView 6,使用方法B3LYP/6-31G(d);chk文件名为benzene.chk
█ 输入文件benzene.gjf如下



█ 优化得到稳定结构后,在当前目录下会生成benzene.chk文件,然后使用formchk功能处理得到benzene.fchk文件,如下所示:



2. Windows 版本GaussView 6 绘制分子轨道
█ 得到benzene.fchk文件后,从服务器下载到本地,然后打开,得到下图:



█ 然后点击GaussView 6面板上的分子轨道图标 ,得到新的分子轨道面板:

◆ 下图中,右边为分子轨道列表,数值为分子轨道能量(原子单位),黄色部分为需要绘制的分子轨道(此例中分别为HOMO和LUMO)

◆ 从图中可以看出HOMO, HOMO-1能量相同,因此是简并轨道。同理,苯分子还有很多简并轨道。

◆ 点击下方Visualize 中的update按钮即可产生分子轨道。





█ 得到的HOMO及LUMO轨道如下所示:

  
苯分子的HOMO及LUMO轨道图形


█ 从上图可以看出,HOMO轨道是由C原子p轨道组成的成键π轨道,而LUMO则是C原子p轨道组成的反键π轨道
█ 使用GaussView 6 可以把苯分子所有的分子轨道都绘制出来,例如教科书中常用的大π轨道:

  
苯分子的大π轨道(HOMO-4)


(三)知识背景:

➢ 分子轨道理论参考
█ 《结构化学基础》,周公度,第5版。
➢ 分子轨道理论又称分子轨道法(Molecular Orbital Theory)或MO法,1932年由美国化学家马利肯(R.S.Mulliken)及德国物理学家洪特(F.Hund)提出,是现代共价键理论之一。它的要点是:从分子的整体性来讨论分子的结构,认为原子形成分子后,电子不再属于个别的原子轨道,而是属于整个分子的分子轨道,分子轨道是多中心的;分子轨道由原子轨道组合而成,形成分子轨道时遵从能量近似原则、对称性一致(匹配)原则、最大重叠原则,即通常说的“成键三原则”;在分子中电子填充分子轨道的原则也服从能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。
➢ 分子轨道理论可以用于解释配合物的稳定性、芳香性物质的稳定性以及有机化学中的狄尔斯-阿德耳反应(Diels-Alder Reaction)等。

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