共价键理论

一、共价键理论1.1、价键理论价键的形成是原子轨道的重叠或电子配对的结果，如果两个原子都有未成键电子，并且自旋方向相反，就能配对形成共价键。

例如:碳原子可与四个氢原子形成四个C—H键而生成甲烷。

HH..*.C4HHH*HHC+**.*HH由一对电子形成的共价键叫做单键，用一条短直线表示，如果两个原子各用两个或三个未成键电子构成的共价键，则构成的共价键为双键或三键CCCC双键三键共价键形成的基本要点:(1)成键电子自旋方向必需相反;(2)共价键的饱和性;(3)共价键的方向性——成键时，两个电子的原子的轨道发生重叠，而P电子的原子轨道具有一定的空间取向，只有当它从某一方向互相接近时才能使原子轨道得到最大的重叠，生成的分子的能量得到最大程度的降低，才能形成稳定的反之。

重叠最大H稳定结合Cl(1)H重叠较小 + 不稳定结合Cl (2)H(1s)Cl(2p)H不能结合(3)ClS 和P电子原子轨道的三种重叠情况1.2、分子轨道理论分子轨道理论是1932年提出了来的，它是从分子的整体出发去研究分子中每一个电子的运动壮态，认为形成的化学键的电子是在整个分子中运动的。

通过薛定谔方程的解，可以求出描述分子中的电子运动状态的波函数ψ，ψ称为分子轨道，每一个分子轨道ψ有一个相应的能量E, E近似的表示在这个轨道上的电子的电离能。

基本观点:(1)当任何数目的原子轨道重叠时，就可形成同样数目的分子轨道。

例如:两个原子轨道可以线性的组合成两个分子轨道，其中一个比原来的原子轨道的能量低，叫成键轨道(由符号相同的两个原子轨道的波函数相加而成)，另一个是由符号不同的两个原子轨道的波函数相减而成，其能量比两个原子轨道的能量高，这中种分子轨道叫做反键轨道。

-=ψ(反键轨道)ψψ2ψA 2B能ψψ(原子轨道) AB量+=ψ1ψψ(成键轨道)1ψBA分子轨道能级图(2)和原子轨道一样，每一个分子轨道只能容纳两个自旋相反的电子，电子总是优先进入能量低的分子轨道，在依次进入能量较高的轨道。

什么是共价键理论
共价键理论是一种描述化学键的理论，主要内容如下：
1. 共价键的本质是电性的，共价键的结合力是两个原子核外共用电子对形成负电区域的吸引力，而不是正、负离子的之间的库伦作用力。

2. 如果A、B两个原子各有一个未成对的电子，若两个单电子所在轨道对称性一致则可以互相重叠，电子以自旋相反的方式成对，两原子形成共价单键，体系的能量降低。

3. 共用电子对也可由其中一个原子提供，称为共价配键。

4. 共价键具有方向性和饱和性。

方向性成因是原子轨道分布具有方向性，饱和性成因是原子价层的单电子数有限。

5. 共价键的特征可以用键能、键长、键角等几个物理量来描述，键角决定几何构型。

以上是共价键理论的主要内容，此理论主要解决H2分子成键实质的问题。

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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，并将对H2 的处理结果推广到其它分子中，形成了以量子力学为基础的共价键理论(V. B. 法)。

1共价键理论2共价键的形成A、B 两原子各有一个成单电子，当A、B 相互接近时，两电子以自旋相反的方式结成电子对，即两个电子所在的原子轨道能相互重叠，则体系能量降低，形成化学键，亦即一对电子则形成一个共价键。

形成的共价键越多，则体系能量越低，形成的分子越稳定。

因此，各原子中的未成对电子尽可能多地形成共价键。

配位键形成条件：一种原子中有孤对电子，而另一原子中有可与孤对电子所在轨道相互重叠的空轨道。

在配位化合物中，经常见到配位键。

、3共价键的特征——饱和性、方向性饱和性：几个未成对电子（包括原有的和激发而生成的），最多形成几个共价键。

例如：O 有两个单电子，H有一个单电子，所以结合成水分子，只能形成2个共价键；C最多能与H 形成4个共价键。

方向性：各原子轨道在空间分布是固定的，为了满足轨道的最大重叠，原子间成共价键时，当然要具有方向性。

1940年Sidgwick 提出价层电子对互斥理论，用以判断分子的几何构型. 分子ABn 中，A 为中心，B 为配体，B均与A有键联关系. 本节讨论的ABn 型分子中，A为主族元素的原子.4理论要点ABn 型分子的几何构型取决于中心 A 的价层中电子对的排斥作用. 分子的构型总是采取电子对排斥力平衡的形式.1）中心价层电子对总数和对数a）中心原子价层电子总数等于中心A 的价电子数（s + p）加上配体在成键过程中提供的电子数，如CCl4 4 + 1×4 = 8b）氧族元素的氧族做中心时：价电子数为6，如H2O,H2S;做配体时：提供电子数为0，如在CO2中.c）处理离子体系时，要加减离子价d）总数除以2 ，得电子对数：总数为奇数时，对数进1，例如：总数为9，对数为5 2）电子对和电子对空间构型的关系电子对相互排斥，在空间达到平衡取向. 3）分子的几何构型与电子对构型的关系若配体数和电子对数相一致，各电子对均为成键电对，则分子构型和电子对构型一致。

化学键知识总结一、经典共价键理论（八电子规则）基本思想：当n s、n p原子轨道充满电子，会成为八电子构型，该电子构型是稳定的，所以在共价分子中，每个原子都希望成为八电子构型（H原子为2电子构型）。

二、近代价键理论1．经典价键理论遇到许多困难：(1) 两个电子配对后为什么不相互排斥？(2) 在有些化合物中，中心原子周围的价电子总数超过8, 为什么仍然稳定存在？(3) 根据静电理论，原子核对成键电子对的吸引只具有共价键能的5%，那么大部分共价键能从何而来？(4) 经典共价键理论不能解释共价键的方向性和饱和性！2．近代价键理论的内容(1) 两个原子形成一个共价键时，两个原子必须各提供一个未成对电子（即单电子）且它们的自旋方向相反。

(2) 两个原子形成共价键时，其成键轨道能量要相近。

例如H2中1s～1s轨道成键；HF中H的1s与F的2p轨道成键等。

(3) 共价键的形成在尽可能的范围内一定要采取在电子云密度最大方向上进行重叠（即获得最大的键能，使分子处于最稳定的状态）−−解决了共价键的方向性。

但必须注意的是，由于s电子云是球形的，所以s－s形成的共价键无方向性。

3．共价键的特点(1) 饱和性：一个原子有几个未成对电子，就可以和几个自旋相反的电子配对，形成共价键。

(2) 方向性：s－s原子轨道的重叠无方向性，s－p、p－p、p－d原子轨道的重叠都有方向性。

(3) 共价键的类型a．σ键：沿着键轴的方向，发生“头碰头”原子轨道的重叠而形成的共价键，称为σ键。

b．π键：原子轨道以“肩碰肩”的方式发生重叠而形成的共价键，称为π键。

4．杂化轨道理论(1) 问题的提出：a．基态C原子只有2个单电子，为何可以与4个H原子形成CH4分子？即如何来解决共价键的饱和性呢？b．水分子中的∠HOH = 104.5︒，与根据2个H原子的1s原子轨道与O原子的2p x、2p y原子轨道重叠，形成90︒角不符。

即如何来解决共价键的方向性？(2) Pauling 的杂化轨道理论−−解决共价键的饱和性和方向性内容：由不同类型的原子轨道混合起来，重新组成能量相等的新的轨道的过程，称为原子轨道杂化。