化学键和分子结构（化学键的分子结构及性质）

化学键和分子结构,化学键的分子结构及性质(1)

1.共价键理论

共价键的理论主要包括价键理论（即电子配对理论）、杂化轨道理论、价层电子对互斥理论等。

(1)价键理论

共价键的本质：原子之间由于成键电子的原子轨道发生重叠而形成的化学键。

①成键的原理

电子配对原理：具有自旋反向的未成对电子的原子接近时，可因原子轨道的重叠而形成共价键；一个电子与另一个自旋反向的电子配对成键后，不能再与第三个电子配对成键。

能量最低原理：在成键的过程中，自旋相反的单电子之所以要配对或偶合，主要是因为配对以后会放出能量，从而使体系的能量降低。

原子轨道最大重叠原理：原子轨道重叠程度越大，共价键越牢固。

②共价键的特征

在形成共价键时，互相结合的原子既未失去电子，也没有得到电子，而是共用电子，在分子中不存在离子而只有原子。共价键具有以下特点：

第一、共价键结合力的本质是电性的，但不能认为纯粹是静电的。

第二、共价键具有饱和性，是指每个原子成键的总数或单键连接的原子数目是一定的。

第三、共价键具有方向性，是指一个原子与周围原子形成共价键有一定的角度。因为原子轨道(p，d，f)有一定的方向性，它和相邻原子的轨道重叠要满足最大重叠条件。共价键的方向性决定着原子的空间构型，因而影响分子的极性。

共价键的极性：由于成键两原子的正负电荷中心不重合而导致化学键的极性。正负电荷中心不重合的化学键称极性键；正负电荷中心不重合的化学键叫极性键。一般来说，对同原子形成的化学键，若其所处环境相同，则形成非极性键，异原子形成化学键则肯定是极性键。离子键是最强的极性键。对共价键来说，极性越大，键能越大。

第四、共价键的键型。一种是由成键的两个原子分别提供一个电子组成σ键或者π键；另一种是由其中一个原子单方面提供的，称为共价配键或配位键。

(2)杂化轨道理论

杂化是指形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道，所形成的新轨道就称为杂化轨道。只有能量相近的轨道才能进行杂化；杂化后的轨道形状和能量完全一样，但方向不同；杂化前后轨道总数目不变；杂化以后的轨道电子云更加集中在某一方向上，故其成键能力强于未杂化的轨道。杂化轨道只能填充孤电子对或σ键上电子；杂化是原子成键前的轨道行为，与该原子的价层电子数目无关。

(3)价层电子对互斥理论

价层电子对互斥理论认为，在一个多原子共价分子（AXm型）中，中心原子A周围配位的原子或原子团的几何构型，主要取决于中心原子的价电子层中电子对的互相排斥作用，分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种结构。

(4)分子轨道理论

①理论要点

第一、在分子中电子不从属于某些特定的原子，而是遍及在整个分子范围内活动，每个电子的运动状态可以用波函数Ψ来描述，这个Ψ称为分子轨道，其绝对值的平方为分子中的电子在空间各处出现的几率密度或电子云。

第二、分子轨道是由原子轨道线性组合而成的，而且组成的分子轨道的数目与互相化合原子的原子轨道的数目相同。

第三、每一个分子轨道Ψi都有一相应的能量Ei和图像，分子轨道的能量E等于分子中电子的能量的总和，而电子的能量即为被它们占据的分子轨道的能量。根据分子轨道对称性不同，可分为σ键和π键等，按分子轨道的能量大小，可以排列出分子轨道的近似能级图。

第四、分子轨道中电子的排布也遵从原子轨道核外电子排布的原则，即泡利原理、能量最低原理和洪特规则。

②原子轨道线性组合的原则

分子轨道由原子轨道线性组合而得，原子轨道线性组合应遵循下列三个原则。

对称性原则：只有对称性相同的原子轨道才能组合成分子轨道。对称性相同指重叠部分的原子轨道的正、负号相同。

能量近似原则：只有能量相近的原子轨道才能组合成有效的分子轨道，而且原子轨道能量越相近越好。