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量子力学的轨道概念与玻尔原子模型的轨道有什么区别和联系?
玻尔原子模型的轨道是指运行其中的电子每时每刻都有确定的速度、位置、能量和角动量;量子力学的轨道基本上就是指一种量子状态,比如说原子中的电子的轨道,它是指电子具有某种特定的能量与角动量(对应于确定的主量子数和角量子数、自旋量子数),但其速度和位置却是不能确定的,只有一个概率性的分布,电子位置的概率分布用“电子云”这个概念能够很形象的表述出来。
分子轨道、原子轨道、价键理论、杂化轨道、VSEPR模型、波函数有什么联系与区别,哪种理论更好?
这几个概念不在一个层次上。波函数是最基本的量子力学概念,原子轨道是直接用量子力学计算原子中电子分布的结果。分子轨道、价键理论、杂化轨道、VSEPR模型这四个是量子力学应用在计算分子结构上建立的理论模型。如果拿来比较,只能比较这后四种,因为它们都属于量子化学的理论。但波函数和原子轨道是物理学概念,是另外四个概念的基础,而且波函数更是基础中的基础,不能拿来和它们比较。
下面由浅入深比较一下VSEPR模型、价键理论、杂化轨道、分子轨道这四种理论模型。
VSEPR模型全称是价层电子对互斥模型,是一种利用量子力学的结论定性分析的方法。首先以原子轨道为基础,再求出价电子之间的排斥力取最小值的分布,推导出分子结构。该方法以定性为主,计算量比较小,精确性最低。
价键理论是进一步用到量子力学做精确计算分子结构,也是以原子轨道为基础,只把价电子当成两个原子共有的电子,直接解它们的定态薛定谔方程。这是量子化学的第一代计算方法。
杂化轨道理论是价键理论的升级和补充,即当价电子比较多的情况时,并且能量比较接近时,价键理论的精确性就不够了,需要把形成分子时原来的原子轨道之间的交叉融合考虑进去。这是量子化学的第1.5代计算方法。
分子轨道理论是最精确的用量子力学求解分子结构的方法。它不再以原子轨道为基础,而是深入到和原子轨道一样的“从头计算”,即把所有电子,不管是价电子还是内层电子,都当成是分子里面所有原子核共有的,而不再局限于某个原子。尽管它的产生历史不比价键理论晚,但是因为模型过于复杂,只能做较大的近似,所以一度和价键理论及杂化轨道理论相竞争。直到出现了计算机,分子轨道理论胜出,成为量子化学的第二代计算方法。
简单来说就是精确性:分子轨道>杂化轨道>价键理论> VSEPR模型。简洁易用性: VSEPR模型>价键理论>杂化轨道>分子轨道。
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