注：本帖是由用洛阳铲在某吧挖出的”冥器“
------这里是一个小尾巴，改成你要文字吧。～

【壹·水分子的结构】

如图，水分子(H2O)是一个V型结构，如上图所示。红色代表氧，灰白色代表氢，这在以后的图示中通用。很可爱吧O(∩_∩)O
水的平均键长是95.84 皮米（pm），也就是0.9584 埃（Angstrom, Å）。【1 pm = 1.0e-12 m】键角是104.48°。这是通过实验测得的气态水的数据，所以会有一定误差，而水分子的平衡键长键角和周围的环境有很大关系，因此不需要过多计较这个键长键角值是否准确。理论计算0 K下的水分子经常会给出不一样的键长键角。[1]

水分子属于C2v分子点群，有一个C2主轴和2个对称面，如图所示。【1】

大家都知道水分子中的O原子采取sp3不等性杂化，O上除了连着两个H之外还剩下两个孤电子对。然而，第一性原理计算显示，水分子上多出的两个孤电子对并不是像大家平时想象的一样是两个“小耳朵”，而是连在一起的一大片。如下图所示

因此我们以后不要给水分子多画两个耳朵了~要给电子对带上帽子才对嘛。
水是一个典型的极性分子。氧的电负性要大于氢，所以氧原子上带有部分负电荷，氢原子上带有部分正电荷。经常会遇到有人问，那么这个“部分电荷”是多少呢？真实的情况是，这些电荷从来都不是点电荷模型，而是一个概率分布，和我们学过的电子云是一样的。第一性原理【2】给出的一个计算结果如下图所示[2]

首先一定要给出结构，因为电荷的分布是依赖于结构的。不同几何结构对应的电荷都不一样。其次，点电荷通常是一个拟合值（除了Mulliken算法）【3】，把原子周围一定范围内的电子概率密度做个积分并拟合得到点电荷。当然有不同的算法，每种算法得出的电荷也都不一样。因此，纠结电荷大小，和纠结键长键角一样没有实际意义。真实一点的图像是像这样：

分子轨道【4】
先简单介绍一下什么是分子轨道。首先，轨道（orbital）一词，代表具有一种特定能级的电子运动区域，不是指经典力学中的环形轨道，这只是翻译的问题。每一个轨道可容纳2个自旋方向相反的电子，这里自旋（spin）这个概念同样不是经典的在旋转，它只是代表电子的某一种状态。原子轨道，我们是比较熟悉的，1s 2p一类；而分子轨道，就是把这些原子轨道“组合”起来形成的新的轨道。我们一般讲线性组合，那么有多少条分子轨道，就需要相同数量的原子轨道来进行组合；这种组合不同于杂化等概念，并不是只有价层电子轨道会发生组合，内层的、外层的全部都会组合。因此真正对应成键的一个分子轨道，或者说一条共价键，不是由两个原子各拿出一个价电子组成的，而是每个原子各拿出一大堆电子，然后按照不同比例组合而成的。组合方式呢，是希尔伯特空间的线性组合，因此轨道系数是平方和守恒的。详细内容请参考本文最后的扩展阅读资料。
使用量子化学方法，在RHF/6-31G**水平下计算得到水分子的分子轨道为(1a1)2(2a1)2(1b2)2(3a1)2(1b1)2，能级图如下所示。在图中，除了1b1和3a1表示在yz平面上，其他轨道均表示在xz平面上。[3]

下面5个是占有轨道，上面是未占有轨道，最右是相对能级。可以很清楚的看出在分子轨道理论中，每一个分子轨道都是由众多的原子轨道组合而成。
从图中可以看出，水的最高能级的3条占有轨道（1b1, 3a1, 1b2）是互相正交于氧原子中心的，和氧的正常p轨道类似，没有明显的sp3特征。(╯‘□′)╯（┻━┻
可以看出，HOMO是孤电子对，LUMO和LUMO+1是O-H键的反键轨道，HOMO-1,-2,-3共同组成O-H键。这些能级差可以部分解释X射线光谱，但是有一些反常[4]。