价键理论

随着物理学量子力学的发展，1927年Heitler和London用量子力学来处理H原子形成H2分子的过程，他们得到了H2分子能量(E)与两个H原子核间距(r)的关系曲线。当A和B相接近时(即r值减小时)，H2分子体系能量降低，这是因为A原子的核外电子不仅受到A原子核的吸引力，也受到了B原子核的吸引，同理B的电子既受B原子核的吸引，也受A原子核的吸引，也可以说是两个原子轨道发生了重叠，两核之间的电子云密度增大，体系能量降低。当r=74pm时，能量为最低值，r更小时，则因两核之间库仑斥力增大，能量反而升高。即两核间距离为74pm时，形成了稳定的H2分子，这和实验测定值相符。若A和B的电子自旋方向平行，E-r曲线就不同了。核间距r越小，能量越高，表示两个自旋方向相同的氢原子不能形成H2分子。总之，价键理论继承了Lewis共用电子对的概念，但从量子力学的角度指出成键电子必须自旋相反，并且认为共价键的本质是两个原子有自旋方向相反的未成对电子，它们的原子轨道发生了重叠，使体系能量降低而成键。按照价键理论，共价键具有饱和性和方向性。各原子都有确定的不成对电子，所以它的共价键数是一定的。如H和Cl都是1价，O和S是2价，N是3价，C是4价等。按此推理，不同原子形成共价化合物时均有确定的原子比，如可以有HCl，H2S，NH3和CH4等共价化合物，但不可能有HCl2或H4S分子，这就是共价键的饱
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