无机化学 | 共价键理论

一、路易斯理论揭示共价键奥秘

在无机化学的世界里，相同或电负性相近的原子通过共享电子对构建分子，这样的化学键称为共价键，共用电子对的巧妙结合遵循八隅体规则，奠定了共价键的基础。

从H2分子成键的本质出发，我们理解了共价键的本质并非正负离子间的库伦作用，而是电子云的吸引力。当两个原子各有一个未成对电子，且轨道对称性一致时，它们会形成共价单键，通过电子自旋相反的配对，降低体系能量，这就是共价键的形成过程。

键型与特性

共价键的键型包括头碰头的σ键和肩并肩的π键，前者由成键轨道的顶点重叠，后者则涉及轨道肩部的平行叠加。某些情况下，单方提供电子形成共价配键，如CO，共价键还展现出方向性和饱和性，前者源于原子轨道的指向性，后者则源于原子价层的电子有限性，用键能、键长和键角等量化描述。

对于主族元素形成的分子或离子，价层电子对互斥理论至关重要。通过计算电子对数和孤电子对数，我们能预测分子的几何构型，但它仅限于描述成键过程，而杂化轨道理论则进一步揭示了多原子分子的空间结构。

杂化轨道理论的精细划分

杂化轨道理论区分了等性杂化，其中轨道与分子构型一致，与不等性杂化，后者考虑孤电子对的影响。未参与杂化的价层轨道则可能形成π键或离域π键，这些理论为我们理解分子结构提供了关键线索。

分子轨道理论将电子视为分子整体的一部分，解释了分子的磁性与稳定性。原子轨道的线性组合遵循三个基本原则，电子在分子中的排布遵循能量最低、泡利不相容和洪特规则，揭示了电子在分子中的动态分布和反键轨道的存在。

键级与分子稳定性

通过键级的计算，我们能直观理解分子键能、键长与稳定性之间的关系。顺磁性分子由于存在单电子轨道而呈现出独特的磁性特性，等电子体原理则揭示了原子数和价电子数相同的分子间的相似性。