鲍林规则和价键理论

价键理论概述价键理论概述摘要:价键理论是指固体或分⼦中原⼦的价电⼦结构和原⼦与原⼦之间形成的键以及两者关系的理论。

它是从原⼦和原⼦结构层次, 深⼊了解材料⼀种重要理论, 能帮助⼈们设计满⾜需要的新材料。

根据收集到的资料, 对价键理论及其应⽤进⾏扼要地归纳与阐述。

关键词:价键理论共价键键参数⾦属应⽤价键理论起源于1916 年美国科学家G1 N1Lew is[1]提出的电⼦配对理论。

1927 年德国科学家W1 He itler与F1 L London[2]第⼀个⽤量⼦⼒学处理H2分⼦, 揭⽰了共价键的本质。

1930 年前后Pauling[3]和S later[4]等把这个理论发展成为⼀种全⾯的键理论, 称为价键理论。

⾦属的价键理论实质就是⽤电⼦配对法来处理⾦属键。

这⼀理论在⾦属材料中有着重要的指导作⽤, 它能帮助⼈们从电⼦结构和原⼦结构层次了解晶体结构, 并以此寻找需要的⾦属新材料。

因此, 国内外科学家, 在这⽅⾯做了⼤量的⼯作, 鉴于价键理论的重要性, 对其发展与应⽤做扼要的归纳与阐述。

⼀、键价理论的基本知识1．基本概念价键理论是在Pauling 离⼦晶体电价规则基础上发展起来的, 它继承了电价规则中/原⼦的价分配在原⼦所连诸键上0的基本概念, 同时允许原⼦所连诸键的键价做不均匀的分配。

价鍵的主要内容包括以下⼏个⽅⾯：(1)在价键理论或价键法则中, 将在反应中保持不变的最基本的实体称作原⼦。

在由⼴义( Lewis)酸(阳离⼦)与⼴义碱(阴离⼦)组成的离⼦性化合物中, 荷正电者为正价, 荷负电者为负价。

(2)化学计量要求离⼦性(或酸碱)化合物中的总正价与总负价的绝对值相等。

即化合物整体保持电中性的原理。

(3)原⼦以化学键与其近邻原⼦键合, 其键连原⼦数称为该原⼦的配位数, 此数亦为该原⼦参与化学键的成键数。

(4)价键理论认为, 原⼦的价将分配在它所参与的诸键上, 使每个键均有⼀定的键价, 并符合价和规则。

配合物的价键理论配合物中的化学键主要是指配合物内中心离子（或原子）M 与配体L 之间的化学键。

中心离子和配体之间通过什么样的作用力结合在一起？这种结合力的本质是什么？为什么配离子具有一定的空间构型而稳定性又各不相同？19世纪末，维尔纳（Werner A ）曾试图回答这些问题，但没有成功。

直到20世纪，在近代原子和分子结构理论建立以后，用现代的价键理论以及晶体场理论、配位场理论和分子轨道理论，才较好地阐明了配合物中化学键的本质。

1931年鲍林首先将分子结构的价键理论应用于配合物，后经他人修正补充，逐步完善成配合物的现代价键理论。

1．配合物价键理论的要点(1) 中心离子（或原子）M 与配体L 形成配合物时，中心离子（或原子）以空的价轨道接受配体中配位原子提供的孤对电子，形成σ配键（用M ←L 表示）。

(2) 中心离子（或原子）所提供的空价轨道必须杂化，与配位原子的充满孤对电子的原子轨道相互重叠，形成配位共价键。

2．中心离子轨道杂化的类型 在配合物的形成过程中，中心离子需提供一定数目的经杂化的能量相同的空的价轨道与配体形成配位键。

中心离子所提供的空轨道的数目，由中心离子的配位数所决定，故中心离子空轨道的杂化类型与配位数有关。

中心离子空轨道的杂化类型除了前面讲过的sp 、sp 2、sp 3杂化外，能量相近的(n-1)d ，n d 轨道也能参与杂化。

(1) 配位数为2的中心离子的杂化类型 讨论[Ag(NH 3)2]+ 配离子的形成 Ag +离子的价电子层结构为： Ag +离子和NH 3形成[Ag(NH 3)2]+配离子时，配位数为2，Ag +需提供二个空轨道。

Ag +离子外层能级相近的一个5s 和一个5p 轨道经杂化，形成二个等价的sp 杂化轨道，容纳二个NH 3中二个配位N 原子提供的二对孤对电子，形成二个配键（虚线内杂化轨道中的共用电子对由配位氮原子提供）： 两个sp 杂化轨道在空间成180°，故[Ag(NH 3)2]+配离子的空间构型呈直线形。

价键理论价键理论valence-bond theory，一种获得分子薛定谔方程近似解的处理方法。

又称电子配对法。

历史上最早发展起来的化学键理论。

主要描述分子中的共价键和共价结合，其核心思想是电子配对形成定域化学键。

1产生1927年W.H.海特勒和F.W.伦敦首次完成了氢分子中电子对键的量子力学近似处理，这是近代价键理论的基础。

L.C.鲍林等加以发展，引入杂化轨道概念，综合成价键理论，成功地应用于双原子分子和多原子分子的结构。

价键理论与化学家所熟悉的经典电子对键概念相吻合，一出现就得到迅速发展。

但价键理论计算比较复杂，使得后来发展缓慢。

随着计算技术日益提高，该理论还会有新发展。

1927年，Heitler 和London 用量子力学处理氢气分子H2，解决了两个氢原子之间化学键的本质问题，使共价键理论从典型的Lewis理论发展到今天的现代共价键理论。

海特勒－伦敦方法处理氢分子氢分子的哈密顿算符是：式中rA1、rB1为核A、B与电子1之间的距离；r12为两个电子之间的距离；RAB为两个原子核之间的距离……（图1）；1/RAB表示两个原子核之间的势能（氢核和电子电荷皆为1基本电荷单位）；1/rA1、1/rB1、…也是势能；墷是拉普拉斯算符。

海特勒－伦敦方法的要点在于如何恰当地选取基态H2的近似波函数Ψ（1，2）（或称尝试波函数），然后用变分公式使氢分子能量E为最低（假定Ψ是归一化的）：式中*表示复数共轭。

考虑两个氢原子组成的体系，若两个氢原子A（有电子1）和B（有电子2）的基态波函数为：φA⑴=πexp(-rA1）φB⑵=πexp(-rB2）假如两个氢原子相距很远，那么体系波函数是：Φ1（1,2）=φA⑴φB⑵实际上两个电子是不可区分的。

同样合适的函数是：Φ2（1,2）=φB⑴φA⑵两个函数Φ1和Φ2都对应相同的能量。

海特勒和伦敦就取两个函数的等权线性组合作为H2的变分函数：Ψ（1,2）=c1Φ1+c2Φ2解久期方程得c1=±c2，波函数和能量是：式中s称原子轨道的重叠积分。

化学键理论简介化学键是指将两个或多个原子结合在一起的力，是构成分子和化合物的基本单位。

化学键理论旨在解释化学键形成的原因以及化学键的类型和性质。

本文将介绍几个常见的化学键理论。

1. 价键理论价键理论也称为路易斯理论，是由美国化学家吉尔伯特·路易斯于1916年提出的。

根据这个理论，化学键形成是由于原子之间的电子共享或电子转移。

在化学键中，原子通过共享或转移电子以实现稳定状态。

共价键的形成是通过电子共享形成的，而离子键的形成是通过电子转移形成的。

2. 电子云理论电子云理论也称为量子力学理论，是由奥地利物理学家艾尔温·薛定谔等人在20世纪初提出的。

根据这个理论，电子不能被简单地看作是粒子，而是存在于原子周围的一种云状结构，称为电子云。

在化学键中，电子云之间的重叠是化学键的形成基础。

共价键形成是由于两个原子的电子云的重叠，而离子键形成是由于正负电荷之间的吸引力。

3. 分子轨道理论分子轨道理论是由德国化学家恩斯特·赫尔曼·福克和罗伯特·桥·休伊特于20世纪初提出的。

根据这个理论，分子中的电子不再局限于原子轨道，而是存在于整个分子的分子轨道中。

分子轨道可以是成键轨道（高能级）或反键轨道（低能级）。

共价键的形成是通过成键轨道的重叠，而离子键的形成是通过成键轨道和反键轨道之间的重叠。

4. 杂化轨道理论杂化轨道理论是由美国化学家林纳斯·鲍林在20世纪初提出的。

根据这个理论，原子轨道在形成化学键时会重新组合成一组新的杂化轨道。

杂化轨道具有介于原子轨道之间的性质，可以更好地解释一些分子的形状和键角。

杂化轨道的形成是为了最大限度地重叠，以实现更强的化学键。

5. 价电子对斥力理论价电子对斥力理论也称为VSEPR理论，是由英国化学家罗纳德·吉尔斯彭尼克在1940年代提出的。

根据这个理论，化学键的形成是为了最小化价电子对之间的斥力。

分子的几何形状取决于周围的原子和非键电子对的排列方式。

第二章配合物的化学键理论内容：研究中心原子和配体之间结合力的本性。

目标：解释性质，如配位数、几何结构、磁学性质、光谱、热力学稳定性、动力学反应性等。

三种理论：①价键理论、②晶体场理论、③分子轨道理论第一节价键理论（Valence bond theory）由L.Pauling提出一、理论要点：①配体的孤对电子可以进入中心原子的空轨道；中心原子总是用空轨道杂化，然后用杂化轨道接收配体提供的孤对电子。

②中心原子用于成键的轨道是杂化轨道（用于说明构型）。

中心原子的价层电子结构与配体的种类和数目共同决定杂化类型。

③杂化类型决定配合物的空间构型，磁距和相对稳定性。

二、轨道杂化及对配合物构型的解释能量相差不大的原子轨道可通过线性组合构成相同数目的杂化轨道。

对构型的解释（依据电子云最大重叠原理：杂化轨道极大值应指向配体）指向实例sp3、sd3杂化四面体顶点Ni(CO)4sp2、sd2、dp2、d3杂化三角形顶点[AgCl3]2-dsp2、d2p2 杂化正方形顶点[PtCl4]2-d2sp3杂化八面体顶点[ Fe(CN)6]4-sp杂化直线型[AgCl2]-三、内轨型和外轨型若要形成ML6型配合物（L为单齿配体），则需要6个空杂化轨道接收6个L提供的孤电子对，满足该条件的杂化类型有d2sp3和sp3 d2。

尽管这两种杂化都导致八面体型配合物，但前者是次外层（n-1）d轨道，而后者是最外层nd轨道，因此与这两种杂化相应的配合物分别称内轨型和外轨型配合物。

中心原子的价层电子数和配体的性质都是影响配合物内轨型和外轨型的因素。

当d电子数≤3时，该层空d轨道≥2，总是生成内轨型配合物。

当中心原子价层d电子数为7~10时，即使强制d轨道中的电子配对，所能得到的该层空d轨道数也小于2，因此只能用最外层d轨道参与杂化，总是生成外轨型配合物。

当中心原子价层d电子数为4~6时，对于配位能力较强的配体，即配位原子电负性较小，容易给出孤电子对，对中心原子价层d电子排布影响较大，强制d电子配对，空出2个价层d轨道参与d2sp3杂化,生成内轨型配合物.若配体的配位能力较弱，即配位原子电负性较大，则不易给出孤电子对，对中心原子价层d电子排布影响较小，只能用最外层d轨道参与杂化，生成外轨型配合物。

鲍林化学键的本质化学键是指形成化合物的原子之间的连接。

鲍林在1919年提出了化学键的概念，他认为化学键是由原子之间的电子相互作用而形成的。

鲍林认为，原子中的电子围绕在原子核周围，每个电子具有一定的能量和运动状态。

在化学反应中，原子之间的电子会重新排列，形成新的化学键。

鲍林根据电子排布的特点，提出了共价键、离子键和金属键三种化学键的概念，并详细阐述了它们的性质和形成机制。

共价键是指原子间电子的共享。

在共价键中，原子之间的电子通过共用方式共享在双方的轨道上，形成一个共享电子对，将两个原子紧密连接在一起。

共价键的形成需要具备较强的原子间吸引力和一定的电子互斥作用。

共价键的特点是键能较高，键长较短，化合物一般显具有较高的稳定性，同时还具有一定的空间取向性和方向性。

离子键是指带正电荷的金属离子与带负电荷的非金属离子之间的电荷吸引作用。

在离子键中，正负电荷相互吸引，形成离子晶体。

离子键的形成需要具备较强的静电相互作用力和电子转移的能力。

离子键的特点是键能较高，键长较长，化合物一般呈离子晶体结构，具有较高的熔点和溶解度，同时还具有吸湿性和良导电性。

金属键是指金属原子之间的电子云相互重叠形成的键。

在金属键中，金属原子的外层电子云相互重叠，形成一个共享的电子海，使得金属原子紧密连接。

金属键的形成需要具备较低的电子互斥力和较强的金属原子间吸引力。

金属键的特点是键能较低，键长较长，化合物表现出良好的导电性、热传导性和延展性。

鲍林的化学键理论为化学界提供了一种理解化学反应和化合物性质的重要框架。

他的理论揭示了物质世界的基本结构，促进了化学反应和化学合成的发展。

同时，鲍林的化学键理论也为进一步研究和解释其他化学现象提供了思路和方法。

总而言之，鲍林化学键提出了化合物形成的本质是原子之间电子的相互作用，而共价键、离子键和金属键则是电子相互作用不同方式的具体体现。

这一理论为化学界提供了重要的思想工具，推动了化学科学的发展。