共价键理论和分子几何
三水锰矿 / 2021-10-06
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的类型理论(V. B. 法)。
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。
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.
一、经典价键法：
电子配对：只有单电子才能参入形成共价键，一对共用电子就是一个共价键，在结构式中用一条短线表示。
化合价规则：任何原子在形成分子时，都严格遵循它们的化合价。在任何有机化合物中，C和Si都是4价，H和X都是1价，O和S都是2价，N和P都是3价，而S（2、4、6价）、N（3、5价）、P（3、5价）为变价元素。
八电子偶规则：在中性分子中，除H原子之外，任何其它元素的原子周围都必须满足8个电子。
根据上述规则描述的分子结构，称为路易氏（Lewis）结构。目前我们广泛使用的结构式，实际上都是路易氏结构式，也称为经典结构式。如：CH4、CH3COOH、CH3CH=CH2、CH3C≡CH、CH3CHO、C6H5NO2、CH3CH2NH2等等。
苯环主要有两种等价的结构式：
其中凯库勒结构式属于路易氏结构式，在有机化学中，凯库勒结构式的表达方式，可以广泛使用于其它化合物，使用时应当注意：①折线表示C链，C和H不写，端点和折点都表示C原子，以单线、双线、三线表示C原子之间连接方式—即单键、双键、叁键，剩余的化合价连接H原子；②分子中的杂原子（如：O、S、N、P、X等）都必须准确表示；③官能团必须准确表示。如：
二、杂化轨道理论：
1、三种杂化方式：
SP3杂化—饱和碳原子、四面体碳 Ó -键
SP2杂化—双键碳原子、平面碳 π -键
SP 杂化—叁键碳原子、积累双键碳、线型碳 π⊥ π
2、连种不同性质的共价键： Ó键和 π键
重迭方式 电子云中心 到核的距离 束缚力 化学活性 转动
键 沿轴 在轴上 小 大 小 “自由”
键 平行 在轴外 大 小 大 “不能”
注意：① 键不能单独存在，只能与键共存；
②一般情况下，键是分子的活性中心。
3、杂化轨道的应用：
共价键的饱和性和方向性
分子的立体形状：分子的立体形状取决于观察中心C的杂化方式
例如：3-戊烯-1-炔
丙二烯的中心C参入形成两个键，是SP杂化。
共价键的轨道构成，如：3-戊烯-1-炔
杂化方式与单键键长：P成分越多，单键越长。
杂化方式与碳原子的电负性：P成分越多，电负性越小；S成分越多，电负性越大
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