用HMO法探讨O3分子的结构和性质

林和成张琨赵光平

（湖南科技学院 生命科学与化学工程系，湖南 永州 425100）

Huckel分子轨道法（HMO）是量子化学近似计算方法之一，其计算简便迅速，适用于有离域π分子轨道的共轭分子，在预测分子的结构、性质等方面有广泛的应用[1-2]。如对有机化合物的链状、环状共轭烯烃结构和性质进行了合理的预测和解释[3-5]。

在无机化学教学中，对无机分子几何结构进行解释时，常采用Pauling的价键理论（VBT）即杂化轨道理论，但是VBT对于分子的光谱的形成和分子的性质，不能给出恰当的解释，应用受到很大的局限。在大气中，O3分子能够稳定存在，但是有较强的氧化活性和分子极性[6]。由于化学本科教学的课程设置顺序是，“无机化学”设置在“结构化学”课程之前，所以在“无机化学” 课程中探讨O3分子的结构和性质时，不可能用分子轨道理论（MOT）去解释；而在“结构化学”课程中，主要是以丁二烯和苯分子的结构和性质为例，进行MOT探讨，对O3分子没有进行系统的论述和讨论。因此本文拟用MOT中的HMO法来解释和判断O3分子的结构和性质。

1. O3分子的HMO处理

1.1.三角型结构（图1 a）

其结构的 Huckel行列式为: 其中x=(α-Ε)/β

式（1）展开得x3−3x+2=0, 解方程得x1=-2,x2=x3=1.

图1.3分子三种可能的几何结构

即 E1=α+2β（为成键轨道能），E2=E3=α+β（为反键轨道能），对应的π分子轨道波函数分别为：

式中Ψ1为成键轨道，Ψ2、Ψ3为简并的反键轨道；形成正三

O3为同核三原子分子，其可能的分子几何结构有正三角形、直线形和V形三种类型，见图1。下面分别对这三种可能的分子结构进行HMO处理，三种结构的π型分子轨道的变分函数均为：ψ=c1φ1+c2φ2+c3φ3。……