化学成键

价键理论

这一理论由海特勒和伦敦(1927)提出，并由鲍林等人进一步发展。

为了理解这个理论，让我们假设两个氢原子A和B正在相互靠近。它们的原子核是N_一个和N_B电子是e_一个和e_B．当两个原子彼此靠近时，新的吸引力和排斥力开始起作用。

引力产生于:

一个原子的原子核和它自己的电子，即N_一个- e_一个和N_B- e_B
一个原子的原子核和另一个原子的电子，即N_一个- e_B和N_B- e_一个

排斥力产生于:

两个原子的电子，即e_一个- e_B
两个原子的原子核，即N_一个- n_B

实验表明，新引力的大小大于新排斥力的大小。所以，两个原子越靠近，势能就越小。最终，引力与斥力平衡，系统获得最小能量。在这个阶段，两个氢原子结合在一起形成一个稳定的分子。

轨道重叠概念:当达到最小能态时，两个氢原子的原子轨道发生部分互穿或合并。这种轨道的部分合并称为轨道重叠。轨道的重叠导致电子的配对。重叠的程度决定了共价键的强度。通常情况下，重叠越大，键越强。因此，电子配对(存在于自旋相反的价层)导致两个原子之间形成共价键。

原子轨道重叠:根据轨道波函数在空间中的符号(相位)和振幅的取向方向，原子轨道的重叠可以是正的、负的或零的。

当两个合并轨道的相位和方向相同时，这种重叠称为正重叠，或相位重叠。
当相位不同但方向相同时，它是负重叠或相外重叠。
当相相相同而取向不同时，由于取向不同而产生零重叠或相外重叠。

简单的原子轨道重叠不能解释多原子分子中化学键的方向特征，例如CH₄,在北半球_3.和H₂O

让我们以CH为例₄为了理解这一点。

基态碳的电子构型:[他]2 s²2 p²

激发态C的电子排布:[H] 2 s¹2 p_x¹2 p_y¹2 p_z¹

现在，碳的四个原子轨道可以和四个H原子的1s轨道重叠。这会形成4个碳氢键。当C的三个p轨道彼此成90°时，它们的HCH角也会是90°。这意味着三个碳氢键将以彼此90°的方向排列。C的2s轨道和H的1s轨道是球对称的所以它们可以在任何方向重叠。因此，第四个碳氢键的方向无法确定。但这种描述不适用于109.5°的四面体HCH角。

共价键的重叠类型和性质

根据重叠的类型，有两种类型的共价键:(a) σ (σ)键和(b) π (π)键。

(a) σ (σ)键:这种类型的键是由沿核间轴的成键轨道端到端(正面)重叠形成的。这可以由以下任何类型的组合形成:

s重叠:两个半满的s轨道重叠。
s p重叠:一个原子半满的s轨道与另一个原子半满的p轨道重叠。
p p重叠:半满的p轨道重叠。

(b) π (π)在这种类型的重叠中，合并轨道的轴保持彼此平行并垂直于核间轴。由于横向重叠而形成的轨道由参与原子平面的上方和下方的两个碟状带电云组成。

Sigma键和π键的强度:键比键强。在分子的两个原子之间形成多个键的情况下，除了sigma键外，还会形成π键。

杂交

能量略有不同的轨道相互混合，形成能量和形状相等的新轨道的过程称为杂化。杂化的概念是由鲍林提出的，我们可以用这个概念来解释多原子分子的形状。例如;当1个2s轨道和3个2p轨道杂化时，4个新的sp轨道^3.杂化轨道形成了。

杂交的主要特征:

杂化轨道的数目等于杂化的原子轨道的数目。

杂化轨道在能量和形状上总是相等的。
杂化轨道比纯轨道更能形成稳定的化学键。
杂化轨道在空间中以一定的优先方向定向，使电子对之间的排斥最小化，从而达到稳定的排列。

杂交的重要条件

价层中的轨道是杂化的。
进行杂化的轨道应该具有几乎相等的能量。
电子的促进并不是杂交前的必要条件。
并不是只有半满轨道才能参与杂化。有时，甚至价层的填满轨道也参与杂化。

杂交类型

(a) sp杂交:它包括一个s轨道和一个p轨道的合并，从而形成两个等效的sp杂化轨道。适合sp杂化的轨道是s轨道和p轨道_z．每个sp杂化轨道都有50%的s和50%的p。一个分子的中心原子是sp杂化，并直接连接到其他两个原子，中心原子具有线性几何形状。

这也叫做对角杂化。两个sp杂化沿z轴指向相反的方向。它们有突出的正叶和非常小的负叶，这提供了更有效的重叠，从而形成更强的键。

sp杂交的例子:BeCl₂

Be的基态电子构型:1²2 s²

Be的激发态电子构型:1²2 s¹2 p¹

因此，两个sp杂化轨道由一个2s轨道和一个2p轨道组成。这两个sp轨道方向相反，成180°角。每个sp杂化轨道与氯的2p轨道轴向重叠，形成两个Be-Cl sigma键。

(b) sp²杂交:它涉及到一个s轨道和两个p轨道的合并，从而形成三个等效的sp²杂化轨道。BCL分子_3.给出了sp的一个例子²杂化。

B的基态电子构型:1²2 s²2 p¹

B的激发态电子构型:1²2 s¹2 p_x¹2 p_y¹2 p_z¹

它导致了三个sp的形成²以三角形平面排列的杂化轨道，与氯的2p轨道重叠形成三个B-Cl键。

(c) sp^3.杂交:它包括一个s轨道和三个p轨道的并合。四个sp^3.这样形成的轨道以109.5°的角度指向四面体的四个角。CH₄给出了这种杂交的一个很好的例子。

涉及d轨道的元素杂化

3d轨道的能量与3s和3p轨道的能量相当。3d轨道的能量也与4s和4p轨道的能量相当。所以，杂化包括3s 3p和3d或者3d 4s和4p都是可能的。但由于3p和4s轨道的能量差很大，3bdapp官方下载安卓版p、3d和4s轨道的杂化是不可能的。下表显示了涉及s, p和d轨道的重要杂化方案。

分子/离子的形状	杂化类型	原子轨道	例子
广场平面	dsp²	D + s + p(2)	[Nic (CN)₄］^{2 -}[葡文(Cl)₄］^{2 -}
三方晶系的双锥体	sp^3.d	S + p(3) + d	PF₅, PCl₅
方形锥体	sp^3.d²	S + p(3) + d(2)	BrF₅
八面体	sp^3.d^{3 d²sp^3.}	S + p(3) + d(2)， d(2) + S + p(3)	科幻小说₆, (CrF₆］^{3 -}(公司(NH_3.）₆］^{3 +}