化学原子物理学中,π轨道(英语:π orbital)是一种分子轨道。是形成π键后所产生的分子轨道。π轨道是一种由轨道并肩重叠后所形成的新轨道。

乙烯的π轨道模型

结构 编辑

 
的π轨道呈环状,但中心仍有电子分布

π轨道是一种由轨道并肩重叠后所形成的分子轨道,除了s轨道无法形成π轨道,之外,大部分的轨道都可以形成π轨道,较常是由两个pz轨道所形成,但实际上只要方向对了,无论是px或py都能形成π轨道。

π轨道可以有很多形状,但都不与核轴成旋转对称,其形状取决于他所形成的π键,例如:有共振时,π轨道就会变得较大较狭长,若是环状的共振,则其π轨道呈环形。其能容纳的电子数量也由其所形成的π键来决定,如乙烯内所形成的π轨道可容纳下2个电子,而的π轨道呈环状,可容下6个电子,这是因为共振使电子均匀分布而导致。

此外,在形成化学建的过程中,未杂化的轨道有可能形成π轨道,如乙烯,碳上形成了sp2杂化轨道,而未杂化的p轨道则形成π轨道。

轨道能级 编辑

 
丁二烯中,不同能级的π轨道及其形状。

根据休克尔方法,可得出不同能量的π轨道,不同能级的π轨道形状不尽相同,电子会先从能量低的π轨道开始填入,例如丁二烯[1][2],其不同能级π轨道能量如下:

π4: +7.71713 eV
π3: +3.16186 eV (LUMO)
π2: −8.66624 eV (HOMO)
π1: −12.10962 eV

其电子会先从π1轨道开始填入,然后才填π2轨道,根原子轨道一样,一种形状只能填2个电子,且自旋互为相反数,因此整个π轨道,π3轨道和π4轨道两个能级是空的,但要注意:此处的能级(繁体:能級)并非是电子壳层能级(繁体:能階)。

π*轨道 编辑

π*轨道是π轨道的反键轨道,当核间轴发生旋转时会产生相位的变化。π*轨道类似于σ*轨道,在原子核之间也有一个波节。[3][4][5][6]

π键 编辑

参见 编辑

参考文献 编辑

  1. ^ E. Hückel, Zeitschrift für Physik, 70, 204 (1931); 72, 310 (1931); 76, 628 (1932); 83, 632 (1933).
  2. ^ Hückel Theory for Organic Chemists, C. A. Coulson, B. O'Leary and R. B. Mallion, Academic Press, 1978.
  3. ^ Catherine E. Housecroft, Alan G, Sharpe, Inorganic Chemistry, Pearson Prentice Hall; 2nd Edition, 2005, p. 29-33.
  4. ^ Peter Atkins; Julio De Paula. Atkins’ Physical Chemistry. Oxford University Press, 8th ed., 2006.
  5. ^ Yves Jean; Francois Volatron. An Introduction to Molecular Orbitals. Oxford University Press, 1993.
  6. ^ Michael Munowitz, Principles of Chemistry, Norton & Company, 2000, p. 229-233.