結構生物化學/如何構建分子軌道圖
1. 首先，確定分子的點群。
2. 畫出中心原子的軌道。
3. 確定中心原子軌道的不可約表示。
4. 畫出周邊原子軌道可能的鍵合相互作用。
5. 確定周邊原子軌道的可約表示。
6. 從可約表示中，確定周邊原子軌道的不可約表示。
7. 從表格中確定軌道能量。
8. 定性地將軌道放置在能量尺度上。
9. 開始形成鍵合、非鍵合和反鍵合相互作用。記住，只有具有相同不可約穆利肯符號並指向正確方向的軌道才能形成鍵合相互作用。
10. 填入電子
需要記住的事項
- 左側是金屬中心，右側是配體。
- 非鍵合對不鍵合。因此，它們直接移動到圖表的中心，高度不變。這是針對非鍵合電子等情況。
- 在填入中心鍵合電子之前，計算配體和金屬中心捐贈的所有電子。
- 記住，對於每個非鍵合軌道，都會有一個鍵合軌道。
- 對稱適應線性組合模型將闡明分子在鍵合時的外觀。哪些電子密度帶電等。
繪製分子軌道圖是為了幫助我們更好地理解分子的鍵合和相互作用。分子軌道圖中確定了鍵序。鍵序描述了一對原子之間鍵的數量。可以使用路易斯點結構來計算鍵序，或者也可以使用分子軌道圖及其軌道來計算鍵序。
鍵序 = [鍵合電子 - 非鍵合電子] / 2
分子軌道圖還可以說明特定分子是否具有磁性。分子要麼是順磁性的，要麼是抗磁性的。順磁性意味著分子有一個電子沒有相反的自旋配對。最終導致分子表現出磁性特性。抗磁性意味著分子軌道圖中的所有電子都配對。因此沒有磁性。這很重要，因為它表明我們可以使用分子軌道圖作為工具來告訴我們分子的真實特性。分子軌道圖是一種工具，它被創造出來幫助我們以新的視角理解和思考分子的鍵合。最終它並不能顯示鍵閤中所涉及的全部複雜性，但有助於為學生提供理解的基礎。 [1]
1. 水屬於 C2v 點群。參考點群。以下是 C2v 點群的字元表
2. 中心原子氧的軌道如下：
3. 為了確定這些 s 和 p 軌道的不可約表示，必須對軌道分別進行對稱性操作。如果軌道沒有改變符號，則對稱性操作的特徵返回 +1。如果軌道改變了符號，則對稱性操作的特徵返回 -1。a. S 軌道對 Mulliken 符號為 A1
b. Px 軌道對 Mulliken 符號為 B1
c. Py 軌道對 Mulliken 符號為 B2
d. Pz 軌道對 Mulliken 符號為 A1
這些 P 軌道的 Mulliken 符號也由字元表的倒數第二列給出。
4. 由於氫原子屬於第一週期，因此只有 s 軌道參與鍵合。S 軌道僅表現出 σ 鍵合。
5. 現在，我們需要確定上述軌道的可約表示。記住，上面的圖中總共有兩個軌道，因此總共有兩個 SALC。如果對稱性操作不改變軌道位置 = +1 如果對稱性操作改變了軌道位置 = 0 如果對稱性操作不改變位置，但改變了符號 = -1 記住，改變位置優先於改變符號
6. 為了從可約表示中確定不可約表示，可以進行一些有根據的猜測。首先，中心 S 軌道幾乎總是參與 σ 鍵合，因此其中一個不可約表示必須是 A1。如果確定了 A1，則可以透過簡單的算術確定 B1。
7. 氫原子的 S 軌道的能量為 -13.61eV。氧的 S 軌道的能量為 -32.38 eV，P 軌道的能量為 -15.85 eV。
8. 比例尺以電子伏特 (eV) 為單位
9. 現在，我們可以連線線條以形成完整的分子軌道圖
I. A1 SALC 與中心原子的 A1 一起形成最低的 1a1 鍵合軌道和 3a1 反鍵合軌道。鍵合軌道必須比中心原子的 A1 和 SALC 的 A1 具有更低的能量。反鍵合軌道必須比中心原子的 A1 和 SALC 的 A1 具有更高的能量。
II. B1 SALC 與中心原子的 B1 一起形成 1b1 鍵合軌道和 2b1 反鍵合軌道。
III. 由於中心原子的 2S 和 2Pz 具有相同的 Mulliken 符號，因此它們混合形成 2a1。混合會降低 Pz 軌道的能量。
IV. 由於 SALC 沒有相應的 B2 軌道，因此中心原子的 B2 成為非鍵合軌道。
在右側是相應的軌道圖形。請注意，1a1 比 SALC 具有更多的中心原子貢獻，因為鍵合分子軌道比 SALC 更接近能量。相反，2b1 比中心原子具有更多的 SALC 貢獻，因為反鍵合分子軌道更接近 SALC 的能量。
10. 在左側，中心原子氧有 6 個價電子。根據洪特規則，從下到上填充電子。另一方面，SALC 只有 2 個電子，因為每個 H 原子捐贈 1 個電子。因此，系統中總共有 8 個電子。然後，它們可以從下到上填充到分子軌道圖中。
現在我們得到了水分子完整的分子軌道圖。
請注意，在路易斯點結構中，水分子中有兩個孤對電子。
那麼，如何在分子軌道圖中找到這兩個孤對電子呢？顯而易見的一個是在非鍵合軌道上，也就是 b2 軌道。另一個將是鍵合軌道 1a1。即使 1a1 是鍵合軌道，它也具有一些非鍵合特性，因為中心原子的 S 軌道在形成 1a1 鍵閤中的使用率不到 50%。S 軌道在形成 1a1 鍵合軌道中的貢獻不到 50%，因為它能量太低。
由於 1a1 和 b2 的能量非常接近氧的 S 軌道和 P 軌道，因此這兩個分子軌道更像氧的特徵。結果，位於這兩個軌道上的電子位於氧上，而不是氫上。這一理論與路易斯理論非常吻合。
Figueroa, Joshua. "Character Tables, Irreducible Representations of Central Atom." Lecture 9. University of California, San Diego, La Jolla. Lecture. Figueroa, Joshua. "SALCs, Molecular Orbital Diagrams, and High Symmetry Point Groups." Lecture 10. University of California, San Diego, La Jolla. Lecture. Figueroa, Joshua. "More SALC’s Molecular Orbital Diagrams and High Symmetry Point Groups." Lecture 11. University of California, San Diego, La Jolla. Lecture. Figueroa, Joshua. "Molecular Orbital Diagrams Featuring and Pi-Bonding and High Symmetry Point Groups." Lecture 13. University of California, San Diego, La Jolla. Lecture. Figueroa, Joshua. "Degenerate Orbitals, Methods for Determining Irreducible Representations and SALCs." Lecture 14. University of California, San Diego, La Jolla. Lecture.