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价键理论

价键理论Valence bond theoryVB理论)是一种获得薛定谔方程近似解的处理方法,又称为电子配对法。价键理论与分子轨道理论是研究分子体系的两种量子力学方法。它是历史上最早发展起来的处理多个化学键分子的量子力学理论。价键理论主要描述分子中的共价键及共价结合,核心思想是电子配对形成定域化学键。

发展历史

1916年,路易斯就提出了化学键路易斯结构式的概念,用于解释简单分子的结构。1927年,随着薛定谔方程的提出,最早的基于量子力学的化学键理论,解释分子成键的海特勒-伦敦模型成功地解释了化学键的本质。然而,这个简单的理论无法直接用于氢分子以外的其他分子。莱纳斯·鲍林通过引入共振结构式轨道杂化等概念,将海特勒-伦敦理论成功推广到更大的分子中,价键理论就诞生了。几乎于此同时,价键理论的主要竞争者分子轨道理论也被提出了。因为价键理论更加清楚的物理意义,所以广为实验化学家,尤其是有机化学家所青睐,并基于价键理论开发出大量定性方法,对理解化学反应起到非常重要的作用。然而,实践证明利用分子轨道理论的数学结构比较简单,进行量子化学计算比价键理论方法容易。另外,早期价键理论认为电子对必须由原子轨道杂化产生,制约了价键理论的精度。到20世纪中叶,几乎所有的量子化学计算都是采用分子轨道理论进行的。这种局面在20世纪末与21世纪初发生了一定的变化。现代价键理论采用原子轨道线性组合产生价键轨道的方法,可以达到和分子轨道理论方法相似的精度。然而,由于价键轨道的非正交性等原因,价键理论的数学结构依然比分子轨道理论复杂得多,程序比较少,而相同精度的计算往往需要更多计算资源,所以价键理论目前仍然不太常用。

基本概念

 
σ键和π键

量子化学模型认为,共价键是由不同原子电子雲重叠形成的。例如,p軌域的电子和p軌域的电子間可以有两种基本的成键方式:

  1. 电子雲顺着原子核的连线重叠,得到轴对称的电子雲图像,这种共价键叫做σ键
  2. 电子雲重叠后得到的电子雲图像呈镜像对称,这种共价键叫做π键

用形象的言语来描述,σ键是两个原子轨道“头碰头”重叠形成的;π键是两个原子轨道“肩并肩”重叠形成的。一般而言,如果原子之间只有1对电子,形成的共价键是单键,通常是σ键;如果原子间的共价键是双键,由一个σ键和一个π键组成;如果是叁键,则由一个σ键和两个π键组成。σ键可以是s-s,s-p,p-p等电子之间形成的,而π键可由p-p,d-p,d-d等电子之间形成的。除此之外,还存在十分多样的共价键类型,如环的p-p大π键硫酸根的d-p大π键,硼烷中的多中心键,π酸配合物中的反馈键,Re2Cl82−中的δ键,等等。

轨道杂化

价键理论中,为了解释分子或离子的立体结构莱纳斯·鲍林量子力学为基础提出了杂化轨道理论。其核心思想即是不同原子轨道的叠加重组,从而成为数目相同,能量相等的新轨道。例如,为了解释甲烷正四面体结构,杂化轨道理论认为:

基态原子构型为1s22s22p2。首先碳2s中的一个电子被激发到空的2p轨道上,然后1个s轨道和3个p轨道重新组合成4个sp3杂化轨道,再分别和4个原子的1s电子成键。4个杂化轨道呈正四面体构型,键角109o28',能量没有任何差别。

sp2和sp杂化轨道亦然。

主要的杂化类型和立体构型列于下表:

杂化类型 sp3 sp2 sp sp3d或dsp3 sp3d2或d2sp3
立体构型 正四面体 正三角形 直线形 三角双锥 正八面体
VSEPR模型 AY4 AY3 AY2 AY5 AY6

参见

参考资料

  • 北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学无机化学教研室编。《无机化学》第四版上册。 北京:高等教育出版社。ISBN 7-04-010768-6

价键理论
价键理论, 本條目存在以下問題, 請協助改善本條目或在討論頁針對議題發表看法, 此條目需要补充更多来源, 2019年9月27日, 请协助補充多方面可靠来源以改善这篇条目, 无法查证的内容可能會因為异议提出而移除, 致使用者, 请搜索一下条目的标题, 来源搜索, 网页, 新闻, 书籍, 学术, 图像, 以检查网络上是否存在该主题的更多可靠来源, 判定指引, 此條目需要擴充, 2011年9月21日, 请協助改善这篇條目, 更進一步的信息可能會在討論頁或扩充请求中找到, 请在擴充條目後將此模板移除, 此條目需要精通或熟悉. 本條目存在以下問題 請協助改善本條目或在討論頁針對議題發表看法 此條目需要补充更多来源 2019年9月27日 请协助補充多方面可靠来源以改善这篇条目 无法查证的内容可能會因為异议提出而移除 致使用者 请搜索一下条目的标题 来源搜索 价键理论 网页 新闻 书籍 学术 图像 以检查网络上是否存在该主题的更多可靠来源 判定指引 此條目需要擴充 2011年9月21日 请協助改善这篇條目 更進一步的信息可能會在討論頁或扩充请求中找到 请在擴充條目後將此模板移除 此條目需要精通或熟悉相关主题的编者参与及协助编辑 請邀請適合的人士改善本条目 更多的細節與詳情請參见討論頁 价键理论 Valence bond theory VB理论 是一种获得薛定谔方程近似解的处理方法 又称为电子配对法 价键理论与分子轨道理论是研究分子体系的两种量子力学方法 它是历史上最早发展起来的处理多个化学键分子的量子力学理论 价键理论主要描述分子中的共价键及共价结合 核心思想是电子配对形成定域化学键 目录 1 发展历史 2 基本概念 3 轨道杂化 4 参见 5 参考资料发展历史 编辑1916年 路易斯就提出了化学键和路易斯结构式的概念 用于解释简单分子的结构 1927年 随着薛定谔方程的提出 最早的基于量子力学的化学键理论 解释氢分子成键的海特勒 伦敦模型成功地解释了化学键的本质 然而 这个简单的理论无法直接用于氢分子以外的其他分子 莱纳斯 鲍林通过引入共振结构式 轨道杂化等概念 将海特勒 伦敦理论成功推广到更大的分子中 价键理论就诞生了 几乎于此同时 价键理论的主要竞争者分子轨道理论也被提出了 因为价键理论更加清楚的物理意义 所以广为实验化学家 尤其是有机化学家所青睐 并基于价键理论开发出大量定性方法 对理解化学反应起到非常重要的作用 然而 实践证明利用分子轨道理论的数学结构比较简单 进行量子化学计算比价键理论方法容易 另外 早期价键理论认为电子对必须由原子轨道的杂化产生 制约了价键理论的精度 到20世纪中叶 几乎所有的量子化学计算都是采用分子轨道理论进行的 这种局面在20世纪末与21世纪初发生了一定的变化 现代价键理论采用原子轨道线性组合产生价键轨道的方法 可以达到和分子轨道理论方法相似的精度 然而 由于价键轨道的非正交性等原因 价键理论的数学结构依然比分子轨道理论复杂得多 程序比较少 而相同精度的计算往往需要更多计算资源 所以价键理论目前仍然不太常用 基本概念 编辑 s键和p键 其量子化学模型认为 共价键是由不同原子的电子雲重叠形成的 例如 p軌域的电子和p軌域的电子間可以有两种基本的成键方式 电子雲顺着原子核的连线重叠 得到轴对称的电子雲图像 这种共价键叫做s键 电子雲重叠后得到的电子雲图像呈镜像对称 这种共价键叫做p键 用形象的言语来描述 s键是两个原子轨道 头碰头 重叠形成的 p键是两个原子轨道 肩并肩 重叠形成的 一般而言 如果原子之间只有1对电子 形成的共价键是单键 通常是s键 如果原子间的共价键是双键 由一个s键和一个p键组成 如果是叁键 则由一个s键和两个p键组成 s键可以是s s s p p p等电子之间形成的 而p键可由p p d p d d等电子之间形成的 除此之外 还存在十分多样的共价键类型 如苯环的p p大p键 硫酸根的d p大p键 硼烷中的多中心键 p酸配合物中的反馈键 Re2Cl82 中的d键 等等 轨道杂化 编辑主条目 杂化轨道理论 价键理论中 为了解释分子或离子的立体结构 莱纳斯 鲍林以量子力学为基础提出了杂化轨道理论 其核心思想即是不同原子轨道的叠加重组 从而成为数目相同 能量相等的新轨道 例如 为了解释甲烷的正四面体结构 杂化轨道理论认为 碳基态原子构型为1s22s22p2 首先碳2s中的一个电子被激发到空的2p轨道上 然后1个s轨道和3个p轨道重新组合成4个sp3杂化轨道 再分别和4个氢原子的1s电子成键 4个杂化轨道呈正四面体构型 键角109o28 能量没有任何差别 sp2和sp杂化轨道亦然 主要的杂化类型和立体构型列于下表 杂化类型 sp3 sp2 sp sp3d或dsp3 sp3d2或d2sp3立体构型 正四面体 正三角形 直线形 三角双锥体 正八面体VSEPR模型 AY4 AY3 AY2 AY5 AY6参见 编辑 化學主题 分子轨道理论 价层电子对互斥理论 共价键参考资料 编辑北京师范大学 华中师范大学 南京师范大学无机化学教研室编 无机化学 第四版上册 北京 高等教育出版社 ISBN 7 04 010768 6 取自 https zh wikipedia org w index php title 价键理论 amp oldid 59945765, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,

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