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

乙烯的π轨域模型

结构

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的π轨域呈环状,但中心仍有电子分布

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

π轨域可以有很多形状,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轨域就会变得较大较狭长,若是环状的共振,则其π轨域呈环形。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轨域可容纳下2个电子,而的π轨域呈环状,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,未混成的轨域有可能形成π轨域,如乙烯,碳上形成了sp2混成轨域,而未混成的p轨域则形成π轨域。

轨域能级

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丁二烯中,不同能级的π轨域及其形状。

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

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轨域开始填入,然后才填π2轨域,根原子轨域一样,一种形状只能填2个电子,且自旋互为相反数,因此整个π轨域,π3轨域和π4轨域两个能级是空的,但要注意:此处的能级(繁体:能級)并非是电子壳层能阶(繁体:能階)。

π*轨域

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

参见

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参考文献

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  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.