化学键的本质
同修 / 2022-08-06
化学键的本质价键近似法
3-1双中心电子对键
通常我们用键这个词来描述指定的一对原子之间的键合，例如在HCl中的H和Cl之间或者像NH3分子中的N和一个H原子之间的结合。学生们可能已经熟悉了用路易斯(Lewis)电子小点符号来描述原子和分子，因此我们要用(3-I)和(3-I)图式来描写HCl和NH3分子。
H:Ci: ：N:H
(3-I) (3-II)
路易斯理论的基本观点是：化学键是由于两个原子之间共用一对或多对电子形成的。因此在HCl中的键是由于氢的一个电子和氯的一个电子共用而生成的(方程式3-1)
H+Cl→H:Cl(3-1)
在另一些较少的情况中，可以共用两对或三对电子(方程式
3-2)：
N+N→N::N:(3-2)
此外成键的两个原子不一定要提供相等的电子，例如有一种配价键如方程式3-3所示：
所有这些键，不管是单键或是双键都叫做共价键，但是，即使在这个简单处理中，我们也可能去识别非极性共价键和极性共价键之间的差别。在同核双原子分子中，共用的一对或多对电子必须由双方平等地共享，因为在核一电子一核的体系中没有极性。而在异核双原子分子中，一般来说，其中的一个原子，对于电子的亲合性可能比另一个原子要大一些，所以如图3-Ⅲ所示那样的键会有极性：
H:CI
键本身的极性不应当由于某种原因和分子作为一个整体来看的极性相混淆。
这些简单的概念在波动力学产生以前已经形成。量子理论不仅证明这些概念有用，而且使我们有可能改进和扩充这些概念。在试图定量地用量子力学去处理化学键时，必须用近似法。传统存在两大类近似的处理法，一类叫做价键法(VB)，一类叫做分子轨道法(MO)，前者主要是直接试图给刚才略述的定性概念赋予量子力学的意义，所以用价键法的要点继续概括讨论也是合理的，其中包括在此法中引入的共振、价态以及杂化等概念。分子轨道理论将在下一章进行介绍。
如果我们有两个原子，为简单起见设为两个氢原子，当它们分开无限远时，这个体系的波函数是：
ψ=ψA·ψB (3-4)
在这里ψA是第一个氢原子的波函数，ψB是第二个氢原子的波函数，ψ是体系的联合波函数，方程式3-4的含义是指两个原子的哪一个都不干扰另一个原子，如果两原子分开得很远，当然就是如此。我们可以看到体系的总能量应当是；
E0=EA+EB=2EH (3-5)
把方程式(3-4)代入波动方程中就很容易看出这个结果：
到目前为止，我们的处理都是严格的，但没有什么多大用处，因为我们关心的是当两个氢原子相互接近得很紧密并生成键时，体系的能量如何计算。此体系能量是E'，E'小于我们称之为键能E°的数值。然而我们首先试图利用上述有关波函数的考虑来计算键能。
我们从这样一个假定开始，即使当原子相互很接近时，方程式3-4中的波函数仍是一个很合理的近似，我们用下述更明确的形式重写一下：
ψ1=ψA1ψB2 (3-7)
在这里我们要特别指定电子1属于原子A，电子2属于原子B，现在为了计算分子能量，我们必须解出核间距值小时的波动方程。为了做到这一点，我们先按下列方式重排一下：
![2,2-双[4-(4-氨基苯氧基苯)]六氟丙烷](images/202103/thumb_img/3458_thumb_G_1615773264954.jpg)
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