猫也能明白的有机化学
本系列专栏主要内容翻译并转载自nikukyu-的《猫でもわかる有機化学——有機化学について基礎から解説します》，翻译为：《即使是猫也能明白的有机化学——从基础开始解说有机化学》（简称猫也能明白的有机化学），已获得nikukyu-的授权并同意加入注解（用红字表示）：（本系列专栏更新频率随缘）
这次更新基础篇2：分子轨道。
原栏目链接：http://xn--u8jvc1drbs0514cvfm43vv1giwx.net/molecular-orbital/
序言部分：CV7564560
基础篇1-原子轨道：cv7570657
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先前提到，轨道有s，p，d等各种各样的种类，不过，这些说到底只是原子单体的轨道。
当原子相互结合成分子后，又会产生新的轨道。
这就是所谓的分子轨道。
例如，在H2的情况下，1s轨道的重叠可以结合。
这里重要的是它们为什么要结合起来呢？
实际上，通过结合电子从1s轨道向结合性轨道(即成键轨道，下同）移动，如下图所示，原本具有的能量会下降。
但是，进入反结合性轨道（即反键轨道，下同）的话能量会变高，变得不稳定。
那么，什么时候电子会进入反结合性轨道呢？
这里希望大家能想起原子轨道，电子是从能量低的一方进入的。
所以说结合性轨道的能量满了就会开始进入反结合性轨道。
例如，如果是两个He之间的话，即使想建立结合，电子也会进入反结合性轨道，比单独存在的能量更大。
所以，两个He原子不会结合。
还有，轨道的能量越接近，越能紧密结合。
比如说
・s与s轨道⇒紧密结合
・s和p轨道⇒1个左右的可以结合（此处指一个s轨道可以和1个左右的p轨道结合，例如1个s轨道可以和两个p轨道同时结合成键，注意此处并不是指sp2杂化）
・s和d轨道⇒能量相差太远，无法结合
像这样比较容易理解吗？明白了通过组合轨道可以结合吗？
上次解说原子轨道，这次解说的分子轨道，然后再到最后要讲的混合轨道。
也就是说，如果不好好理解原子·分子轨道的话，混合轨道就会让人难以理解。
所以请好好理解之后再继续学习。
虽然有点短，这次就到这里。
那么下次见。
© 2017 猫でもわかる有機化学
Posted by nikukyu-
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这次讲解的是分子轨道，简单来说就原子轨道组成分子轨道
注意，两个原子轨道并非能量接近就一定能形成分子轨道，原子轨道想要形成分子轨道还需要它们的对称性相同。
从量子化学的角度简要来说，原子轨道通过线性组合形成分子轨道（别忘记轨道表示为波函数的形式）
以两个氢原子为例，他两个分别具有1s轨道，称为1s1和1s2
两个1s轨道会形成两个分子轨道，其中一个是成键轨道σg，另一个是一个反键轨道σu（也就是文章中提到的结合性轨道和反结合性轨道）
忽略这两个轨道的重叠程度，不管归一化系数，那么数学形式上可以表示为
σg=(1s1)+ (1s2) σu=1s1-1s2
（注意并不是g代表成键轨道，u代表反键轨道，这个话题以后有机会再补充）
σg成键轨道的能量低于原先的1s轨道能量，σu反键轨道的能量高于原先1s轨道的能量
再H2分子中，由于两个电子都在成键轨道σg上，所以总能量低于原来电子在1s原子轨道的能量，因此H2分子能够稳定存在
反之He2分子就不能稳定存在，因为他的能量比两个He原子的能量要高
在化学中，我们一般通过键级来判断分子的稳定性，
键级=（成键轨道上的电子数-反键轨道上的电子数）/2
如果键级>0，那么分子就可能稳定存在，反之如果=0，就不能稳定存在
H2的键级等于1，He2的键级等于0，氮气N2的键级等于3，因此氮气是非常稳定的存在。
具体的推导和其他知识可以参考：《群论》、《量子化学》、《无机化学》
很不好意思，我比较乐意补充一些量子化学的基础知识，尽管这部分大家很可能不懂，但是如果你能稍微去了解一下，也许对以后化学的一些问题能有一些独特、深入的了解。
上述的补充，如有错误欢迎在评论区或私信我指出。
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