中级物理化学实验：综合与设计性实验

实验编号：U20S02200

关键词：分子轨道，化学反应，过渡态

实验标签：材料科学基础（物理化学—理论计算）

（一）内容介绍

本虚拟仿真实验分为3个模块。模块1，原子轨道；模块2，分子轨道；模块3，分子轨道与长链多烯电环化反应。

（1）原子轨道图

原子轨道的波函数由解定态氢原子薛定谔方程而得，解的三个量子数n、l和m取不同值时得到不同原子轨道波函数，将其画成3D图即为原子轨道图，能够转动观察各原子轨道。

（2）分子轨道

分子轨道为原子轨道的线性组合，组合后的轨道数目不变；分子轨道包括成键轨道和反键轨道，其区分在于有无垂直于键轴的节面；成键轨道表示符号的右上角加*表示反键轨道；分子轨道主要有σ轨道和π轨道。

（3）多原子分子-丁二烯

多原子分子中，分子轨道是离域轨道，即由多个原子参与的分子轨道。操作者能够排布丁二烯分子的四个π分子轨道，并正确填充“基态”和“激发态”的电子状态。

（4）构建丁二烯结构

（5）直链多烯电环合反应过程的轨道对称性

对轨道及键进行旋转（轨道转的时候键一起同步转），旋转的时候轨道同号（颜色相同即为同号）靠近重叠，异号（颜色不同）靠近抵消。

（6）长链多烯光照条件下的反应势能面

3D势能面（整个势能面可以360°转动，颜色是按纵坐标能量的大小标的，能量越高越红，越低越蓝），高亮4个点，从下到上从左到右依次对应为：反应物；反应物受光照垂直激发到激发态势能面的对应激发态点结构；激发态势能面和基态势能面的交叉点结构（两个面相交的点）；光照产物。

（二）实验的特色和亮点

本系统包括原子轨道、分子轨道、分子轨道与长链多烯电环化反应等三个模块，可供《无机及分析化学》、《无机化学》、《有机化学》和《结构化学》等不同课程、不同层次的学习需求。

通过虚拟仿真实验，能够让学生掌握深层次探索化学问题的研究方法，了解计算化学的建模、计算及分析过程，提高学生对基础结构化学知识的理解、计算化学知识的学习；能够让学生通过实训操作，学习并理解原子轨道及分子轨道的结构及组成，了解分子轨道对化学反应的决定性作用，以及光化学反应中，分子轨道对产物分子结构的决定性影响，有效提高教学质量。