價鍵

價鍵

價鍵,一種獲得分子薛丁格方程近似解的處理方法。

產生

1927年W.H.海特勒和F.W.倫敦首次完成了氫分子中電子對鍵的量子力學近似處理,這是近代價鍵理論的基礎。L.C.鮑林等加以發展,引入雜化軌道概念,綜合成價鍵理論 ,成功地套用於雙原子分子和多原子分子的結構。

價鍵理論與化學家所熟悉的經典電子對鍵概念相吻合 ,一出現就得到迅速發展。但價鍵理論計算比較複雜,使得後來發展緩慢。隨著計算技術日益提高,該理論還會有新發展。

1927年,Heitler 和 London 用量子力學處理氫氣分子H2,解決了兩個氫原子之間化學鍵的本質問題,使共價鍵理論從典型的Lewis理論發展到今天的現代共價鍵理論。

其他

海特勒-倫敦方法處理氫分子氫分子的哈密頓算符是:

式中rA1、rB1為核A、B與電子1之間的距離;r12為兩個電子之間的距離;RAB為兩個原子核之間的距離……(圖1);1/RAB表示兩個原子核之間的勢能(氫核和電子電荷皆為1基本電荷單位);1/rA1、1/rB1、…也是勢能;墷是拉普拉斯算符。

海特勒-倫敦方法的要點在於如何恰當地選取基態H2的近似波函式Ψ(1,2)(或稱嘗試波函式),然後用變分公式使氫分子能量E為最低(假定Ψ是歸一化的):

式中*表示複數共軛。考慮兩個氫原子組成的體系,若兩個氫原子A(有電子1)和B(有電子2)的基態波函式為:

φA⑴=πexp(-rA1)

φB⑵=πexp(-rB2)

假如兩個氫原子相距很遠,那么體系波函式是:

Φ1(1,2)=φA⑴φB⑵

實際上兩個電子是不可區分的。同樣合適的函式是:

Φ2(1,2)=φB⑴φA⑵

兩個函式Φ1和Φ2都對應相同的能量。海特勒和倫敦就取兩個函式的等權線性組合作為H2的變分函式:

Ψ(1,2)=c1Φ1+c2Φ2

解久期方程得c1=±c2,波函式和能量是:

式中

s稱原子軌道的重疊積分。算出能量公式中各項,積分得:

式中Q、J、s都是R的函式。若用ΔE±表示分子能量與兩個分離原子能量之差(圖2):

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