题目
[3.14]OH分子于1964年在星际空间被发现。-|||-(1)试按分子轨道理论只用O原子的2 p轨道和H原子的1s轨道叠加,写出其电子组-|||-态;-|||-(2)在哪个分子轨道中有不成对电子?-|||-(3)此轨道是由O和H的原子轨道叠加形成,还是基本上定域于某个原子上?-|||-(4)已知OH的第一电离能为13.2eV,H F的第一电离能为16.05eV,它们的差值几乎-|||-和O原子与F原子的第一电离能(15.8 eV和18.6eV)的差值相同,为什么?-|||-(5)写出它的基态光谱项。

题目解答
答案

解析
步骤 1:分子轨道理论
分子轨道理论是描述分子中电子分布的一种量子力学方法。它认为分子中的电子不是定域在原子之间,而是分布在整个分子中。分子轨道是由原子轨道线性组合而成的,可以是成键轨道、非键轨道或反键轨道。
步骤 2:OH分子的电子组态
OH分子由一个氧原子和一个氢原子组成。氧原子的2p轨道和氢原子的1s轨道满足对称性匹配、能级相近等条件,可以叠加形成分子轨道。OH的基态价电子组态为(1σ)^2(2σ)^2 (1π)^3。其中,(1σ)^2和(2σ)^2是成键轨道,(1π)^3是非键轨道。
步骤 3:不成对电子
在OH分子中,1π轨道上有不成对电子。这是因为氧原子的2p轨道中有3个电子,其中2个电子填充在成键轨道中,剩下的1个电子填充在非键轨道中。
步骤 4:轨道的定域性
1π轨道基本上定域于氧原子上。这是因为氧原子的2p轨道对1π轨道的贡献较大,而氢原子的1s轨道对1π轨道的贡献较小。
步骤 5:第一电离能的比较
OH和HF的第一电离能分别是电离它们的1π电子所需要的最小能量。由于1π轨道是非键轨道,电离的电子是由氧原子和氟原子提供的非键电子,因此,OH和HF的第一电离能差值与氧原子和氟原子的第一电离能差值相等。
步骤 6:基态光谱项
OH分子的基态光谱项为^2Π1。这是因为OH分子的基态价电子组态为(1σ)^2(2σ)^2 (1π)^3,其中1π轨道上有3个电子,自旋量子数S=1/2,轨道量子数L=1,因此基态光谱项为^2Π1。
分子轨道理论是描述分子中电子分布的一种量子力学方法。它认为分子中的电子不是定域在原子之间,而是分布在整个分子中。分子轨道是由原子轨道线性组合而成的,可以是成键轨道、非键轨道或反键轨道。
步骤 2:OH分子的电子组态
OH分子由一个氧原子和一个氢原子组成。氧原子的2p轨道和氢原子的1s轨道满足对称性匹配、能级相近等条件,可以叠加形成分子轨道。OH的基态价电子组态为(1σ)^2(2σ)^2 (1π)^3。其中,(1σ)^2和(2σ)^2是成键轨道,(1π)^3是非键轨道。
步骤 3:不成对电子
在OH分子中,1π轨道上有不成对电子。这是因为氧原子的2p轨道中有3个电子,其中2个电子填充在成键轨道中,剩下的1个电子填充在非键轨道中。
步骤 4:轨道的定域性
1π轨道基本上定域于氧原子上。这是因为氧原子的2p轨道对1π轨道的贡献较大,而氢原子的1s轨道对1π轨道的贡献较小。
步骤 5:第一电离能的比较
OH和HF的第一电离能分别是电离它们的1π电子所需要的最小能量。由于1π轨道是非键轨道,电离的电子是由氧原子和氟原子提供的非键电子,因此,OH和HF的第一电离能差值与氧原子和氟原子的第一电离能差值相等。
步骤 6:基态光谱项
OH分子的基态光谱项为^2Π1。这是因为OH分子的基态价电子组态为(1σ)^2(2σ)^2 (1π)^3,其中1π轨道上有3个电子,自旋量子数S=1/2,轨道量子数L=1,因此基态光谱项为^2Π1。