教程(十)：分子轨道(2)

分子轨道（二）

（一）引言：

• 在量子化学计算中，通常需要绘制出分子轨道用于分析分子的物理化学性质。本系列将由简入深，逐渐介绍分子轨道的绘制、分子轨道的成分分析以及在实际研究中的作用。

• 前文以苯分子为例，介绍了分子轨道如何绘制。本文以N₂分子为例，结合结构化学中的基本知识，来探讨N₂分子的轨道组成。

（二）计算过程：

1. 准备fchk文件（windows版Gaussian用chk文件即可）

• 软件版本Linux Gaussian16,Windows GaussView6，使用方法B3LYP/6-31G(d)

• chk文件名为N2.chk，并利用formchk命令将N2.chk转换为 N2.fchk （具体可参考分子轨道（一））

2. 分子轨道的绘制

• 参考分子轨道（一）的操作，绘制出N₂分子所有的占据轨道以及LUMO轨道（共8个），如下图：

• 根据结构化学中双原子分子轨道的内容再结合GaussView6绘制出的分子轨道形状，可将轨道成分划分如下（参考本文知识背景）

a. 可以发现，分子轨道能级计算结果和结构化学书上保持一致。从这个简单的例子出发，我们就可以更深刻、更形象地认识到原子轨道如何线性组合为分子轨道了。

b. 从图中可知，HOMO轨道(7)的电子云主要分布在N-N键轴上，因此如果和金属形成配位作用时，主要在键轴方向发生配位作用，是给电子过程。LUMO轨道(8)的电子云为花瓣型，在与金属形成配位作用时，主要在键轴侧面发生配位作用，是得电子的过程。（见参考信息）

• 细心的用户会发现，此例中GaussView显示N₂分子的全部轨道数目为30，而不是结构化学中画出的14个轨道，这是为什么呢？

      原因是我们使用的基组为6-31G(d)，这个基组下每个N原子由15个基函数描述，因此N2就有30个基函数，即最终会组合出30个分子轨道。

（三）知识背景：

• 原子轨道线性组合为分子轨道简介：

• 分子轨道理论参考

1.《结构化学基础》，周公度，第5版。

2.   吴新涛，卢嘉锡。固氮酶活性中心网兜模型研究的回顾和前瞻[J]. 科学通报, 1995, 40(7):577-581.