关于氧气分子的问题
看到此题,使人回想起在学习无机化学时的情景,在以前自学化学的时候,也认为O2的电子式写起来没什么困难,可后来学了无机化学,了解了分子轨道理论,才知道问题不那么简单,O2的分子结构必须用分子轨道理论才可以比较完美地解释,而这一切又都是以能量最低原理和洪特规则等概念,具体的概述大家可以查阅有关教材,教科书里有详细地叙述,我们不在这谈论,此题目是问O2分子里有多少共用电子对,那么有一个问题就是,反键分子轨道上的电子对算不算?如σ2s2σ*2s2,里的2σ*2s2,还有的就是它的σ1s2和σ1s*2,这两个分子轨道上的电子对一该怎么算?在O2分子中,共有16个电子,其中14个电子分别在不同的分子轨...全部
看到此题,使人回想起在学习无机化学时的情景,在以前自学化学的时候,也认为O2的电子式写起来没什么困难,可后来学了无机化学,了解了分子轨道理论,才知道问题不那么简单,O2的分子结构必须用分子轨道理论才可以比较完美地解释,而这一切又都是以能量最低原理和洪特规则等概念,具体的概述大家可以查阅有关教材,教科书里有详细地叙述,我们不在这谈论,此题目是问O2分子里有多少共用电子对,那么有一个问题就是,反键分子轨道上的电子对算不算?如σ2s2σ*2s2,里的2σ*2s2,还有的就是它的σ1s2和σ1s*2,这两个分子轨道上的电子对一该怎么算?在O2分子中,共有16个电子,其中14个电子分别在不同的分子轨道上,共形成了6个电子对,有2个电子分别在2个π*2p轨道上,既反键轨道上,它们对成键的π2p的成键作用有一定的抵消,使O2分子的稳定性降低,所以O2的化学活泼性就比较强,和N2而言,则有很大的不同,N2分子的成键轨道没有受到反键轨道的影响,所以它分子里的两个N原子结合的就很牢固,它的6个成键原子都分布在2个π2p 和σ2p轨道上。
我们在讨论一个分子中有多少共用电子对时,要考虑的问题是,分子里共有多少电子,其中有没有未成对电子,怎样确定它有未成对的电子?如O2分子有16个电子,它们都遵循一个规则,既所有的电子都归分子所有,都按一定的规则依能量最低原理和洪特规则进入相应的分子轨道,什么是洪特规则?电子在进入能量完全相同分子轨道时,它们是以相同的自旋状态分别占据不同的轨道,以减小电子成对能对分子内能的增加。
O2分子来说,它的分子轨道按能量高低的排列是
…σ2s, σ2s*,σ2p,2(π2p),2(π*2p),σ*2p。
我们将12个L层的电子是从σ2s开始,每个轨道排入两个自旋方向相反的电子,在排到π*2p轨道时,只剩下两个电子,这两个电子就自旋方向相同的依次进入这两个能量一样的分子轨道
(σ2s)2,(σ2s*)2,(σ2p)2,(π2p)4,(π*2p)1, (π*2p)1,
所以O2分子有2个未成对的电子,是顺磁性的分子,而N2则是反磁性的。
这样,有了O2的分子轨道排布式,我们是否可以知道O2分子中有多少共用电子对了呢?(不包括K层的分子轨道)。其中,对O2的化学键没有贡献的是σ2s和σ2s*,它们一个是成键轨道,一个是反键轨道,作用抵消,但,从分子轨道的含义上,它们却是共用的电子对,因为,所有的电子都是属于整个分子的,在这里我们要明白电子对在分子中的地位,有的对分子的成键作用和性质没有太大的意义,但在深层次的意义,我们或许没有了解,至少我们应该理解正是它们的铺垫,后面的轨道才有一定的所谓结构上的意义,而在反键轨道上的电子,对O2的性质的贡献,从某种意义上讲,也许对O2的化学性质贡献更大,但值得思考的是,美国化学家鲍林却根据O2的顺磁性的特点,在二次大战时期为美国军队设计了一种高度仪,它可以准确的测量飞机的飞行高度,其原理是什么,高度越高空气越稀薄,压力越小，原来的高度仪大概就是按压力的变化来间接测量高度的,但准确度不高,,常常引起飞行员的判断失误而产生不少的事故,而鲍林的设计原理是依据O2的浓度的变化而产生的磁场的变化,而这个变化可以精确测量而不受其他因素的影响。
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