1、芳香分子激发态的探秘

芳香分子激发态的探秘

1. 电子结构

碳元素的许多性质都与数字 6 密切相关。碳的原子序数 Z = 6，其最丰富的同位素(^{12}C)的原子核包含 6 个质子和 6 个中子。石墨的晶体结构由平行平面组成，其中碳原子呈规则的六边形排列；苯的分子结构也是类似的平面正六边形，6 个碳原子位于六边形的角上，并与 6 个氢原子相连。

碳原子基态的电子构型是(1s^{2}2s^{2}2p^{2})。在形成化合物时，一个(2s)电子会被激发到(2p)态，因此“准备成键”的碳原子的电子构型为(1s^{2}2s2p^{3})。这四个价电子（(2s2p^{3})）在形成分子时可以采取三种不同的构型，对应于 4 价（如(CH_{4})甲烷）、3 价（如(C_{2}H_{4})乙烯、(C_{6}H_{6})苯）或 2 价（如(C_{2}H_{2})乙炔）。
- (Sp^{3})杂化 ：也称为四方杂化，四个电子轨道组合形成四个等价的杂化轨道，指向以碳原子为中心的正四面体的角。这些等价的电子轨道与其他原子的轨道结合，形成饱和分子，如甲烷（(CH_{4})）。
- (Sp^{2})杂化 ：即三角杂化，一个原始的(p)轨道（如(p_{z})）保持不变，通过混合(s)、(p_{x})和(p_{y})轨道产生三个等价的杂化轨道。这三个(Sp^{2})杂化轨道位于同一平面（(xy)平面），彼此之间的夹角为(120^{\circ})。这种构型赋予了苯和多环芳烃的六边形环结构。这些杂化轨道关于它们的键轴和分子平面对称，被称为(\sigma)电子，形成的键称为(\sigma)键。在苯中，碳原子的(\sigma Sp^{2})杂化轨道相互作用，并与