共價(jià)鍵理論和分子幾何
三水錳礦 / 2021-10-06
用量子力學(xué)處理氫氣分子H2，解決了兩個(gè)氫原子之間化學(xué)鍵的本質(zhì)問題，并將對(duì) H2 的處理結(jié)果推廣到其它分子中，形成了以量子力學(xué)為基礎(chǔ)的共價(jià)鍵的類型理論(V. B. 法)。
A、B 兩原子各有一個(gè)成單電子，當(dāng) A、B 相互接近時(shí)，兩電子以自旋相反的方式結(jié)成電子對(duì)，即兩個(gè)電子所在的原子軌道能相互重疊，則體系能量降低，形成化學(xué)鍵，亦即一對(duì)電子則形成一個(gè)共價(jià)鍵。
形成的共價(jià)鍵越多，則體系能量越低，形成的分子越穩(wěn)定。因此，各原子中的未成對(duì)電子盡可能多地形成共價(jià)鍵。
配位鍵形成條件：一種原子中有孤對(duì)電子，而另一原子中有可與孤對(duì)電子所在軌道相互重疊的空軌道。在配位化合物中，經(jīng)常見到配位鍵。
飽和性：幾個(gè)未成對(duì)電子（包括原有的和激發(fā)而生成的），最多形成幾個(gè)共價(jià)鍵。例如：O有兩個(gè)單電子，H有一個(gè)單電子，所以結(jié)合成水分子，只能形成2個(gè)共價(jià)鍵；C最多能與H 形成4個(gè)共價(jià)鍵。
方向性：各原子軌道在空間分布是固定的，為了滿足軌道的最大重疊，原子間成共價(jià)鍵時(shí)，當(dāng)然要具有方向性。
1940年 Sidgwick 提出價(jià)層電子對(duì)互斥理論，用以判斷分子的幾何構(gòu)型. 分子 ABn 中，A 為中心，B 為配體，B均與A有鍵聯(lián)關(guān)系. 本節(jié)討論的 ABn 型分子中，A為主族元素的原子.
一、經(jīng)典價(jià)鍵法：
電子配對(duì)：只有單電子才能參入形成共價(jià)鍵，一對(duì)共用電子就是一個(gè)共價(jià)鍵，在結(jié)構(gòu)式中用一條短線表示。
化合價(jià)規(guī)則：任何原子在形成分子時(shí)，都嚴(yán)格遵循它們的化合價(jià)。在任何有機(jī)化合物中，C和Si都是4價(jià)，H和X都是1價(jià)，O和S都是2價(jià)，N和P都是3價(jià)，而S（2、4、6價(jià)）、N（3、5價(jià)）、P（3、5價(jià)）為變價(jià)元素。
八電子偶規(guī)則：在中性分子中，除H原子之外，任何其它元素的原子周圍都必須滿足8個(gè)電子。
根據(jù)上述規(guī)則描述的分子結(jié)構(gòu)，稱為路易氏（Lewis）結(jié)構(gòu)。目前我們廣泛使用的結(jié)構(gòu)式，實(shí)際上都是路易氏結(jié)構(gòu)式，也稱為經(jīng)典結(jié)構(gòu)式。如：CH4、CH3COOH、CH3CH=CH2、CH3C≡CH、CH3CHO、C6H5NO2、CH3CH2NH2等等。
苯環(huán)主要有兩種等價(jià)的結(jié)構(gòu)式：
其中凱庫勒結(jié)構(gòu)式屬于路易氏結(jié)構(gòu)式，在有機(jī)化學(xué)中，凱庫勒結(jié)構(gòu)式的表達(dá)方式，可以廣泛使用于其它化合物，使用時(shí)應(yīng)當(dāng)注意：①折線表示C鏈，C和H不寫，端點(diǎn)和折點(diǎn)都表示C原子，以單線、雙線、三線表示C原子之間連接方式—即單鍵、雙鍵、叁鍵，剩余的化合價(jià)連接H原子；②分子中的雜原子（如：O、S、N、P、X等）都必須準(zhǔn)確表示；③官能團(tuán)必須準(zhǔn)確表示。如：
二、雜化軌道理論：
1、三種雜化方式：
SP3雜化—飽和碳原子、四面體碳 Ó -鍵
SP2雜化—雙鍵碳原子、平面碳 π -鍵
SP 雜化—叁鍵碳原子、積累雙鍵碳、線型碳 π⊥ π
2、連種不同性質(zhì)的共價(jià)鍵： Ó鍵和 π鍵
重迭方式 電子云中心 到核的距離 束縛力 化學(xué)活性 轉(zhuǎn)動(dòng)
鍵 沿軸 在軸上 小 大 小 “自由”
鍵 平行 在軸外 大 小 大 “不能”
注意：① 鍵不能單獨(dú)存在，只能與鍵共存；
②一般情況下，鍵是分子的活性中心。
3、雜化軌道的應(yīng)用：
共價(jià)鍵的飽和性和方向性
分子的立體形狀：分子的立體形狀取決于觀察中心C的雜化方式
例如：3-戊烯-1-炔
丙二烯的中心C參入形成兩個(gè)鍵，是SP雜化。
共價(jià)鍵的軌道構(gòu)成，如：3-戊烯-1-炔
雜化方式與單鍵鍵長(zhǎng)：P成分越多，單鍵越長(zhǎng)。
雜化方式與碳原子的電負(fù)性：P成分越多，電負(fù)性越??；S成分越多，電負(fù)性越大
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