大学 · 20 分钟
H₂ 的成键与反键分子轨道
由两个 1s 原子轨道构建最简单分子的分子轨道，再拉伸和压缩键长，观察成键优势如何消失。
目标
比较 σ 成键与 σ* 反键电子云，找出重叠最强的键长。
仪器与试剂
相距 的两个氢 1s 轨道；查看器将其组合为 与 。
步骤
- 在成键态下设 Å（实测 H–H 键长），旋转电子云观察包裹两核的香肠形 σ 轨道。
- 在同一 下切换到反键态，找到两核之间的节面。
- 在两种态下把 从 0.3 Å 拉到 3.0 Å，记录核间密度堆积或消失的位置。
- 估计成键电子云在核间密度最大的位置，并与平衡键长比较。
观察要点
- 成键态下电子云填满核间区域；反键态下节面使该区域完全空缺。
- 很短时两核几乎合并，σ 电子云类似 He 的 1s 轨道； 很大时密度又分裂为两个孤立原子。
- 核间密度——即键的强度——在滑块中段附近最强，约 – Å。
讲解
分子轨道理论把原子轨道组合成分布在整个分子上的波函数。对 ，两个 1s 轨道同相叠加得到 σ（核间电子密度屏蔽核间排斥而成键），反相叠加得到 σ（节面使密度留在外侧，占据它会削弱键）。σ 与 σ 的能隙随 增大而缩小——解离极限时两者能量相同。这一 LCAO 图像是 Hartree–Fock 与密度泛函程序求解真实分子的最简单情形。
相关化学家
虚拟实验是帮助建立直觉的简化模型，不能替代真实实验和安全培训；没有指导请勿在家自行重复。