为什么只有两个氢原子的单电子自旋方向相反时,两个1s轨道才会有效重叠,形成共价键?为什么自旋方向相反时,使基态氢分子的能量小于两个基态氢原子的能量之和

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为什么只有两个氢原子的单电子自旋方向相反时,两个1s轨道才会有效重叠,形成共价键?
为什么自旋方向相反时,使基态氢分子的能量小于两个基态氢原子的能量之和

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答案和解析

氢原子的1s轨道在形成氢分子时组合成σ成键轨道和σ*反键轨道.如果氢分子的2个电子自旋平行,根据泡利不相容原理,它们不能占据同一轨道.这样即使使它们的能量最低,也只有一个电子填充在σ成键轨道,另一个电子填充在σ*反键轨道.成键反键作用抵消,2个1s原子轨道不能有效的形成共价键.
而当2个电子自旋方向相反时,它们能都占据氢分子的σ成键轨道而不违背泡利不相容原理.σ成键轨道能量低于1s原子轨道.氢分子中2个电子能量均小于氢原子.因此,基态氢分子的能量小于两个基态氢原子的能量之和.

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