§6-2共价键 共价键形成的根本动力是:原子中电子能级(体系能量) 在形成分子后,会进一步降低 E 原子A 原子B 分子 A AB B 研究原子结合形成分子的理论方法,目前主要有两种 价键(VB理论和分子轨道(MO理论 MO的数学处理较容易,因此在理论化学界更受重视 但MO物理图象不如ⅴB理论清晰,一般的化学工作者,从 定性的角度,更易接受VB理论的描述和结论 不过,VB理论尚不如MO理论完善(MO不是本课程的要求) 这里只概略介绍ⅤB理论的基本思想和主要结论
§6-2 共价键 • 共价键形成的根本动力是：原子中电子能级(体系能量) 在形成分子后，会进一步降低： AB B 原子A 原子B 分子 A E • 研究原子结合形成分子的理论方法, 目前主要有两种： 价键(VB)理论 和 分子轨道(MO)理论 • MO的数学处理较容易, 因此在理论化学界更受重视 • 但MO物理图象不如VB理论清晰, 一般的化学工作者,从 定性的角度，更易接受VB理论的描述和结论 • 不过, VB理论尚不如MO理论完善 (MO不是本课程的要求) • 这里只概略介绍VB理论的基本思想和主要结论
1927年, Heitler和 London用量子力学方法处理H2,提出 了原子结合成分子的方法 后来,这一方法被推广应用于其他各种分子,从而形成 了价键理论 方法:对于氢原子A和B,分别用自旋平行的原子波函 数以及自旋反平行的波函数结合,研究两核靠近过程中 体系的能量和e云的变化情况,得到 原子间e云不重叠 E 12:AB 推斥态,使原子远 离,分子能量↑不 个个A个 B个 成键 R AB 原子间e云重叠 吸引态,使原子靠 A个 Re R B近,分子能量成 键
• 1927年，Heitler和London用量子力学方法处理H2，提出 了原子结合成分子的方法 • 后来，这一方法被推广应用于其他各种分子，从而形成 了价键理论： • 方法：对于氢原子A和B，分别用自旋平行的原子波函 数以及自旋反平行的波函数结合, 研究两核靠近过程中, 体系的能量和e云的变化情况，得到： R E Re A B RAB B RAB A || 2 原子间e云不重叠 推斥态，使原子远 离，分子能量 不 成键 原子间e云重叠 吸引态，使原子靠 近，分子能量 成 键
由此说明 两核靠近时,电子自旋平行方式形成推斥态,体系不稳定 电子自旋反平行方式形成吸引态,体系稳定,形成化学键 且在Re处,形成稳定的H2分子 启示:原子要形成分子,条件是:有未成对的单电子, 且以自旋相反配对成键 一)价键理论要点 1、自旋相反的单电子配对成键/有单电子的原子靠近时 e以自旋相反的方式配对成键 表明有多少单电子,能形成多少个键→化学键的饱和性 2、原子形成分子时,按电子云重叠最大的方向成键→ 化学键的方向性 3、原子轨道同号重叠;价轨道能量接近原则都容易满足)
• 由此说明： • 两核靠近时, 电子自旋平行方式形成推斥态, 体系不稳定 • 电子自旋反平行方式形成吸引态, 体系稳定, 形成化学键 且在Re处，形成稳定的H2分子 • 启示：原子要形成分子，条件是：有未成对的单电子， 且以自旋相反配对成键： • (一) 价键理论要点 • 1、自旋相反的单电子配对成键/有单电子的原子靠近时， e以自旋相反的方式配对成键 • 表明: 有多少单电子, 能形成多少个键➔化学键的饱和性 • 2、原子形成分子时，按电子云重叠最大的方向成键➔ 化学键的方向性 • 3、原子轨道同号重叠; 价轨道能量接近原则(都容易满足)
y ty σ键(头对头 兀键(肩并肩) e云在核连线轴线/ e云在与核连线垂直 上密度最大 的平面上密度最大 ,∵"Wy2=-yP 二者都满足:最大重叠、同号重叠。而 等等,则不允许:异号 非最大重叠
• 等等，则不允许： 异号 非最大重叠 + + y x y - - + y x y + - - + y x y + + - - y x + + - 二者都满足: 最大重叠、同号重叠。而 键(头对头) e云在核连线/轴线/ 上密度最大 键(肩并肩) e云在与核连线垂直 的平面上密度最大 y x + + - ψ=-ψ, ∵|ψ| 2=|-ψ| 2
·(=二)σ键和兀键 如:N2分子:Nl22p3-(2p122p2) NN σ键(p-p) 丌键(平面)丌键(x平面) 所以,N≡N中有1个σ键和2个相互⊥的丌键,结合牢固 一般而言,σ键比π键重叠要多,核间e云密度更大,因 而键更强 如:C2H与卤素X2可发生加成反应 而C2H则只能发生难进行的取代反应
• (二) 键和 键 • 如：N2分子：N 1s 22s 22p 3 ——(2px 12py 12pz 1 ) N1 N2 N1 N2 N1 N2 y x y z x z y z x y x y 键(p-p) 键(xy平面) 键(xz平面) 所以，N N中有 1个 键 和 2个相互⊥的 键，结合牢固 • 一般而言， 键比 键重叠要多，核间e云密度更大，因 而键更强 • 如: C2H4与卤素X2可发生加成反应 • 而C2H6则只能发生难进行的取代反应