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價鍵理論

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2006-08-18

隨著物理學(xué)量子力學(xué)的發(fā)展,1927HeitlerLondon用量子力學(xué)來處理H原子形成H2分子的過程,他們得到了H2分子能量(E)與兩個H原子核間距(r)的關(guān)系曲線。當(dāng)AB相接近時(r值減小時)H2分子體系能量降低,這是因為A原子的核外電子不僅受到A原子核的吸引力,也受到了B原子核的吸引,同理B的電子既受B原子核的吸引,也受A原子核的吸引,也可以說是兩個原子軌道發(fā)生了重疊,兩核之間的電子云密度增大,體系能量降低。當(dāng)r=74pm時,能量為最低值,r更小時,則因兩核之間庫侖斥力增大,能量反而升高。即兩核間距離為74pm時,形成了穩(wěn)定的H2分子,這和實驗測定值相符。若AB的電子自旋方向平行,E-r曲線就不同了。核間距r越小,能量越高,表示兩個自旋方向相同的氫原子不能形成H2分子。總之,價鍵理論繼承了Lewis共用電子對的概念,但從量子力學(xué)的角度指出成鍵電子必須自旋相反,并且認(rèn)為共價鍵的本質(zhì)是兩個原子有自旋方向相反的未成對電子,它們的原子軌道發(fā)生了重疊,使體系能量降低而成鍵。

按照價鍵理論,共價鍵具有飽和性和方向性。各原子都有確定的不成對電子,所以它的共價鍵數(shù)是一定的。如HCl都是1價,OS2價,N3價,C4價等。按此推理,不同原子形成共價化合物時均有確定的原子比,如可以有HClH2SNH3CH4等共價化合物,但不可能有HCl2H4S分子,這就是共價鍵的飽和性。另外,電子運動狀態(tài)在空間分布是有一定取向的,原子軌道的重疊也是有一定取向的,如N原子核外有3個未成電子,其取向分別為pxpypzN2分子中的三對電子并不在同一個平面上,而是在xyz三個互相垂直的方向。這就是所謂的共價鍵的方向性。共價鍵的飽和性和方向性是和離子鍵相比較而言,離子化合物中正負(fù)離子都為s2p6結(jié)構(gòu),其電荷分布呈球形對稱,所以它們可以從各個方向互相接觸,并且盡可能多地和異性離子相接觸(配位),配位數(shù)的多少決定于正負(fù)離子的大小。對離子化合物而言,無所謂成鍵的方向性,而要考慮離子密堆積和空間利用率。NaCl中,Cl-既然沒有固定的配位數(shù),也無所謂飽和性。

許多共價化合物如H2OHClNH3CH4等不論在氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)都以獨立的分子形式存在,所以在狀態(tài)變化時,不涉及化學(xué)鍵的變化,只是分子間作用力發(fā)生變化。它們和離子化合物相比,熔點、沸點就低得多,在液態(tài)時也沒有帶電的微粒,所以不導(dǎo)電,這類物質(zhì)屬分子型共價化合物。也有分子型的共價單質(zhì),如碘(I2)、磷(P4)和硫(S8)的單質(zhì)都是多原子分子,原子間有共價鍵,它們?nèi)埸c、沸點也不高。

有些共價化合物是原子型的,如優(yōu)質(zhì)磨料金剛砂,它的化學(xué)式是碳化硅(SiC),其結(jié)構(gòu)和金剛石相似。其中一半C的位置為Si所取代,即每一個C原子以四面體向與4Si原子相連。同樣,每個Si原子也以四面體向與4C原子相連,形成了CSi相間的巨分子。這類原子型共價化合物和分子型共價化合物不同,它們的熔點很高,硬度也很大。因為要使它發(fā)生狀態(tài)變化,將涉及SiC之間的共價鍵的斷裂,這是很不容易的。

 

 
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