关于spdf轨道的基本知识

j解H原子的定态薛定谔方程，结果是一系列电子波函数，把波函数形象化叫电子轨道，或者分子轨道。原子核外部的电子层可以分成K、L、M、N等，K层也就是第一层，波函数是球形分布的，也就是只有S轨道，可以放两个自选方向相反的电子；L层，轨道包括s和p，s放两个电子，p放6个电子；M层，轨道有s，p，d，各放电子数位2,6,10；N层轨道有s，p，d，f，电子数各为2，6,10,14。对应可以好好看看元素周期表。

分子轨道理论将分子看成一个整体，通过原子轨道的线性组合，形成了一系列的分子轨道，电子从低到高依次填充在这些分子轨道上。与之前的价键理论相比，分子轨道理论主要解决了光电子能谱，尤其是精细光谱的问题，而价键理论是无法解释精细能谱的。例如甲烷CH4，这个非常简单的分子，其紫外光电子能谱却居然有两组吸收峰，一组能量较低的2个电子，以及一组能量较高的6个电子。根据价键理论，甲烷的四个C-H键是完全等同的，C采取sp3杂化与H原子的s轨道成sigma键。这就无法解释为什么有两组吸收峰，既然全同应该只有一组啊？当然我这么说有误导的嫌疑，但是价键理论解释得不够自然是肯定的。而使用分子轨道理论，则非常容易预测和解释这类问题。站在一个更高的高度来考虑这个问题：分子的电子云概率密度分布事实上是可以测量的，故可以认为是已知量。因此需要一个理论来解释为什么概率云密度如此。价键理论实质上是用小范围内靠近的几个原子的轨道的线性组合来表述化学键，即杂化轨道理论。好处是简单明了，易于理解和使用，例如对于sigma键和pi键的阐述，双中心两电子键和三中心两电子键可以说是教科书中的经典。可是对于离域体系就很无力了，例如对于酰胺键还有超共轭的解释就不是那么自然。而分子轨道理论则是用所有的原子轨道的线性组合来表述化学键，这样通盘考虑问题好处很明显，也很自然，因为电子本来就在空间中呈现概率分布，一个密集区域的电子本来就可以来源于任何原子的任何轨道。但是分子轨道理论并不便于定性分析，这是硬伤。价键理论简单粗暴，对于未知分子的性质可以做快速预测，这个优越性是分子轨道理论做不到的。一个妥协是NBO和NLMO,它们通过对密度矩阵部分对角化，从而将分子轨道部分定域化，可以说是继承了分子轨道理论，从而发扬光大的进化版价键理论。请记住，只有可观测量是客观存在的，即电子云密度分布和光电子能谱是客观存在的，其余的分子轨道也好，原子轨道也好，都是为了解释这些实验现象而创造出来的，并不是可观测量。如果有更好的能解释和预测实验现象的理论，抛弃这些也不无不可。

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杂化轨道理论（hybrid orbital theory）是1931年由Pauling L等人在价键理论的基础上提出， 它实质上仍属于现代价键理论， 但它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。

杂化轨道理论的要点：

1在成键过程中，由于原子间的相互影响，同一原子中几个能量相近的不同类型的原子轨道（即波函数），可以进行线性组合，重新分配能量和确定空间方向，组成数目相等的新的原子轨道，这种轨道重新组合的过程称为杂化（hybridization），杂化后形成的新轨道称为 杂化轨道（hybrid orbital）。

2杂化轨道的角度波函数在某个方向的值比杂化前的大得多，更有利于原子轨道间最大程度地重叠，因而杂化轨道比原来轨道的成键能力强。

3杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，使相互间的排斥能最小，故形成的键较稳定。不同类型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后所形成的分子就具有不同的空间构型。

轨道杂化类型及实例

按参加杂化的原子轨道种类，轨道的杂化有sp和spd两种主要类型。按杂化后形成的几个杂化轨道的能量是否相同，轨道的杂化可分为等性杂化和不等性杂化。

sp型和spd型杂化

1sp型杂化

能量相近的ns轨道和np轨道之间的杂化称为sp型杂化。按参加杂化的s轨道、p轨道数目的不同，sp型杂化又可分为sp、sp2 、sp3 三种杂化。

（1）sp杂化

由1个s轨道和1个p轨道组合成2个sp杂化轨道的过程称为sp杂化，所形成的轨道称为sp杂化轨道。每个sp杂化轨道均含有 的s轨道成分和 的p轨道成分。为使相互间的排斥能最小，轨道间的夹角为1800 。当2个sp杂化轨道与其他原子轨道重叠成键后就形成直线型分子。