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1、共价键的形成 价键法（VBT）价键法分子轨道法价键法又叫电子配对法，它的主要内容可归纳如下：（1）假如原子A与原子B各有一个未成对的电子，而且自旋相反，那就可以互相配对 形成共价（单）键。如果A和B各有两个或三个未成对的电子，那么配对形成的共价键就是 双键或叁键。例如：H-Cl是以单键结合的，因为H有一个未成对的（1s）电子，Cl有一个 未成对的（3p）电子，它们可以配对构成单键；N=N分子是以叁键结合的，因为N原子含 有三个未成对的电子，因此可以构成共价叁键；两个He原子互相接近时，不能构成共价键， 因为He原子没有未成对的电子。（2）如果原子A有两个未成对电子，原子B有一个未成对电子，那么
2、一个原子A要与两个原子B相结合。例如H 0，因为氧有两个单电子，氢有一个单电子，所以一个氧可以和 两个氢结合形成水。因此原子的未成对电子数，一般就是它的原子价数，（3）一个电子与另一个自旋相反的电子配对以后，就不能再与第三个电子配对。例如， 两个H原子各有一未成对的电子，它们能配对构成H分子，如有第三个H原子接近H，就 不能再结合成为H*分子，这就是共价键的饱和性。（4）电子配对也就是原子轨道的重叠。原子轨道重叠越多，形成的共价键越强，因此 原子轨道要尽可能在电子云密度最大的地方重叠，这就是共价键的方向性。如氢原子的1s轨道是球型，没有方向性，氯原子只有在其对称轴（x轴）上电子云密 度最大，有
3、方向性，当这两个原子轨道结合时，只有沿x轴（2P）方向接近时才有最大程 度的重叠而形成稳定的共价键（图2-1），如按其他方向接近，都不能得到最大的重叠。（5）能量相近的原子轨道，可以进行杂化，组成能量相等的杂化轨道，这样可以使成 键能力增强，体系的能量降低，而成键后可达到最稳定的分子状态。根据能量的不同，原子轨道的杂化可分为以下几种。sp杂化：我们知道，碳原子的电子层结构是1s2s2p 2P，在它的四个价电子中，两 个是已经配对的s电子，另外两个是未配对的p电子。这样形成共价键时，碳原子应该是二 价的。但在绝大多数情况下，碳原子不是二价，而是四价的，这是一个矛盾。1931年，鲍 林（L.Pau
4、ling）等提出“轨道杂化理论”来解决这个矛盾。这个理论认为：2s和2p同属 于一个电子层，它们的能级相差很小，在成键时，碳原子处于激发状态，这时原来处于基态 的一个2s电子会跃迁到空着的2p轨道上去，形成四个未成对的价电子，即一个s电子和三 个P电子，如图2-2。基态激发态图2-2业轨道的电子激发到轨道上这样的电子转移过程叫做“激发”。电子由低能级（2s）跃迁到高能级（2p）所需的能 量（约401.66kJmol ），可以从多形成两个C-H共价键时所放出的能量（2X414.22 = 828.44kJmol ）中得到补偿。但激发态中的四个未成对电子，有三个电子具有。型轨道，一个电子具有s型轨道
5、，这两种轨道在能量和方向上都是不完全相同的，由它们形成的键，键长、键能、键角应该不一样。事实上，碳的四价是等同的，彼此之间没有什么差异。杂化：.：LIT理论认为碳原子在形成四个共价键时，成键轨道不是绝对的2s、2p、2p和2p ,而是由这3四个原子轨道“混合起来重新组合成的四个能量相等的sp杂化轨道”，如图2-3所示。这3种杂化方式叫做sp杂化。qnr梦杂化图2-3 1个勰道和3个渤;道混合起来进行杂化这个新的杂化轨道，每个含有s成分和p成分，而使轨道呈不对称的葫芦形，一头 大，一头小。因此它比原来的s轨道和p轨道有更明显的方向性，有利于原子轨道互相重叠， 四个sp杂化轨道以109.5的角度对
6、称地分布在碳原子周围，见图2-4。如果沿着杂化轨4道电子云密度最大的方向和氢的1s轨道重叠，就形成甲烷（CH ）分子。这样形成的CH 键，电子云沿键轴呈圆柱形的对称分布，叫做键O（。-bond）。原子轨道重叠程度的大小，可用成键能力衡量，轨道重叠的多，即成键能力大，反之则 小。因此碳原子成键时，原子轨道杂化是为了增加成键能力，从而获得稳定的体系。据有关计算，假设S轨道的成键能力为1.0时，p轨道的成键能力为1.732,而sp杂化轨道的成键能力则为2.0。sp杂化：乙烯碳原子成键时，原子轨道进行sp杂化，即由一个2s轨道和两个2p轨2道进行杂化，形成三个能量相等的sp杂化轨道。它的空间取向是平面
7、三角形的顶点，相互2W之间成120夹角，见图2-5。这种杂化方式叫做sp杂化。每一个sp杂化轨道含有丁s成 分和3 p成分。碳原子中未参加杂化的p轨道，其对称轴垂直于杂化轨道所在平面。在形成乙烯分子时， 两个碳原子彼此以sp杂化轨道重叠形成C-Co键，又各以sp杂化轨道和氢原子的1s轨 道重叠形成C-Ho键，这五个键都在同一平面内，键角约为120。两个碳原子未参加杂化的p轨道，彼此平行重叠形成另一种键，称为n键（n -bond），见图2-6和图2-7。图2-5碳原子的卵嗓化图6乙烯公子中？轨道的重叠图如 乙烯分子中E键电子云的分布组成n键的两个p轨道由于是侧面平行重叠，重叠程度较小，所以n键不
8、如o键牢 固，比较容易断裂。sp杂化：乙快中的碳原子成键时，由一个2s和一个2P轨道进行sp杂化，结果形成两 个能量相等、方向相反的sp杂化轨道，它的空间取向是直线形，夹角为180，见图2-8。每个sp杂化轨道含有!s和p成分，未参加杂化的2p和2p轨道的对称轴不仅互相 垂直，并且都垂直于sp杂化轨道的对称轴所在的直线。在形成乙快分子时，两个碳原子各以sp杂化轨道重叠形成C-Co键，并又各以sp杂 . . Z .化轨道和氢原子的ls轨道重叠成C-Ho键，两上碳原子上未参加杂化的2p和2p轨道两 两相对应平行重叠，分别构成两个n键，从而组成碳碳叁键。见图2-9。叁键中的两个n键电子云相互重叠在一起，围绕着C-C键轴呈圆筒形分布，见图2-10。图2-9乙焕分于中渤道的重鳌图卜1口乙焕分子中n键电子云的分布上面我们讨论了价键法，价键法强调两个单电子自旋方向相反，即可配对成键。形成共 价键的电子局限在成键的两个原子之间，简单明了地解释了共价键的饱和性、方向性、分子 的立体构型及化学键的定域性。但解释不了化学键的离域性和某些特殊的化学性质。
