價(jià)鍵理論對(duì)社會(huì)的意義

1、價(jià)鍵理論對(duì)社會(huì)的意義第1頁，共14頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)5分，星期日價(jià)鍵理論 價(jià)鍵理論 valence-bond theory，一種獲得分子薛定諤方程近似解的處理方法。又稱電子配對(duì)法。歷史上最早發(fā)展起來的化學(xué)鍵理論。主要描述分子中的共價(jià)鍵和共價(jià)結(jié)合，其核心思想是電子配對(duì)形成定域化學(xué)鍵。第2頁，共14頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)5分，星期日 化學(xué)家將分子中原子間的強(qiáng)烈的吸引作用稱作化學(xué)鍵，然而要認(rèn)真的回答化學(xué)鍵的本質(zhì)是什么，還真不是那么容易。最早的化學(xué)鍵學(xué)說是靜電學(xué)說，即原子依靠電荷的庫侖引力而結(jié)合成物質(zhì)。這一理論可以解釋像食鹽那樣的離子型化合物的結(jié)構(gòu)，因此這類化學(xué)鍵叫做離子鍵

2、。然而像氫氣、氧氣、氯化氫這樣的簡單分子，靜電理論卻無法解釋，也就是說，靜電學(xué)說無法解釋共價(jià)鍵。掃盲第3頁，共14頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)5分，星期日產(chǎn)生價(jià)鍵理論處理氫分子的方法氫分子中的化學(xué)鍵共價(jià)鍵的形成共價(jià)鍵的方向性和飽和性價(jià)鍵理論的建立和發(fā)展第4頁，共14頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)5分，星期日價(jià)鍵理論是海特勒倫敦處理氫分子方法的推廣，要點(diǎn)如下：若兩原子軌道互相重疊，兩個(gè)軌道上各有一個(gè)電子 ，且電子自旋方向相反，則電子配對(duì)給出單重態(tài)，形成一個(gè)電子對(duì)鍵。兩個(gè)電子相互配對(duì)后，不能再與第三個(gè)電子配對(duì)，這就是共價(jià)鍵的飽和性。遵循最大重疊原則，共價(jià)鍵沿著原子軌道重疊最大的方向成鍵1

3、。共價(jià)鍵具有方向性。原子軌道通常在某個(gè)特定方向上有最大值，只有在此方向上軌道間才有最大重疊而形成共價(jià)鍵。不同原子軌道有不同成鍵能力。原子軌道的最大值作為原子軌道成鍵能力的度量，鮑林給出s、p、d、f等原子軌道成鍵能力依次為 1、6、10、14。在主量子數(shù)相同時(shí)，成鍵能力大的軌道形成的共價(jià)鍵較牢固。 第5頁，共14頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)5分，星期日量子力學(xué)計(jì)算表明, 兩個(gè)具有 電子構(gòu)型的 H 彼此靠近, 兩個(gè) 1s 電子以自旋相反的方式形成電子對(duì), 使體系的能量降低. 吸熱,即破壞 H2 的鍵要吸熱(吸收能量), 此熱量 D 的大小與 H2 分子中的鍵能有關(guān). 計(jì)算還表明, 若兩個(gè)

4、1s 電子保持以相同自旋的方式, 則 r 越小, V 越大. 此時(shí), 不形成化學(xué)鍵. 如圖中上方紅色曲線所示, 能量不降低. H2 中的化學(xué)鍵可以認(rèn)為是電子自旋相反成對(duì), 使體系的能量降低. 從電子云角度考慮, 可認(rèn)為 H 的 1s軌道在兩核間重疊, 使電子在兩核間出現(xiàn)的幾率大, 形成負(fù)電區(qū), 兩核吸引核間負(fù)電區(qū), 使 H 結(jié)合在一起。 第6頁，共14頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)5分，星期日A, B 兩原子各有一個(gè)成單電子，當(dāng) A, B 相互接近時(shí), 兩電子以自旋相反的方式結(jié)成電子對(duì), 即兩個(gè)電子所在的原子軌道能相互重疊, 則體系能量降低, 形成化學(xué)鍵, 亦即一對(duì)電子則形成一個(gè)共價(jià)鍵。

5、形成的共價(jià)鍵越多, 則體系能量越低, 形成的分子越穩(wěn)定. 因此, 各原子中的未成對(duì)電子盡可能多地形成共價(jià)鍵. 配位鍵形成條件:一種原子中有孤對(duì)電子, 而另一原子中有可與對(duì)電子所在軌道相互重疊的空軌道. 在配位化合物中, 經(jīng)常見到配位鍵. 在形成共價(jià)鍵時(shí), 單電子也可以由對(duì)電子分開而得到。 第7頁，共14頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)5分，星期日共價(jià)鍵的數(shù)目由原子中單電子數(shù)決定(包括原有的和激發(fā)而生成的. 例如: O 有兩個(gè)單電子, H 有一個(gè)單電子, 所以結(jié)合成水分子, 只能形成2個(gè)共價(jià)鍵; C 最多能與 H 形成 4 個(gè)共價(jià)鍵.原子中單電子數(shù)決定了共價(jià)鍵的數(shù)目. 即為共價(jià)鍵的飽和性。 各

6、原子軌道在空間分布是固定的, 為了滿足軌道的最大重疊, 原子間成共價(jià)鍵時(shí), 當(dāng)然要具有方向性。共價(jià)鍵的鍵型 第8頁，共14頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)5分，星期日對(duì)后來人的啟發(fā)引導(dǎo)、對(duì)于新事物的敏銳的捕捉力與深刻的洞察力。量子力學(xué)無疑是二十世紀(jì)與相對(duì)論等量齊觀的偉大成就。而當(dāng)年那些化學(xué)家們，很快意識(shí)到了量子力學(xué)強(qiáng)大的生命力，并把它靈活運(yùn)用到自己的學(xué)科中去，賦予了其新的含義。我們在平時(shí)的生產(chǎn)學(xué)習(xí)中，也應(yīng)注意跟上時(shí)代的步伐，注意觀察，注意總結(jié)，才能有所收獲。第9頁，共14頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)5分，星期日、合理的簡化是自然科學(xué)重要的研究手段。當(dāng)量子化學(xué)剛誕生時(shí)，并不是所有的化學(xué)家

7、都掌握了這一強(qiáng)大的武器。Pauling 作為一代大師，將價(jià)鍵理論作了最大程度的簡化，這促使了這一理論的推廣，并且使學(xué)生們可以很快學(xué)會(huì)，而使用的效果并未受很大的影響。因此，在與Mulliken 的分子軌道理論的交鋒中，價(jià)鍵理論剛開始是占了上風(fēng)的。隨著越來越多的化學(xué)家掌握了量子力學(xué)，分子軌道理論才后來11居上。但是，Pauling 的簡化仍然扮演著不可遺忘的歷史作用。我們在平時(shí)的學(xué)習(xí)中，時(shí)常會(huì)碰到一些復(fù)雜的問題，這是不妨先將其簡化，把簡單的模型想清楚了，再來研究復(fù)雜的體系。第10頁，共14頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)5分，星期日、數(shù)學(xué)是研究自然科學(xué)的強(qiáng)大武器。現(xiàn)代的化學(xué)家，早已不再是三百年前拿些瓶瓶罐罐便能行的術(shù)士，當(dāng)我們把計(jì)算與數(shù)學(xué)引入了化學(xué)，它才真正成為一門中心科學(xué)。所以，我們務(wù)必加強(qiáng)數(shù)學(xué)基本功的訓(xùn)練。第11頁，共14頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)5分，星期日、科學(xué)家應(yīng)是和平的使者。價(jià)鍵理論的重要締造者Pauling 曾獲得了Nobel 和平獎(jiǎng)，盡管他的種種行為令美國政府極為惱火，以致在后期，他再也無權(quán)領(lǐng)導(dǎo)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，無法接觸到機(jī)密文件，但他無怨無悔?？梢哉f，在某種程度上，我們的道德比我們的才華更可貴。第12頁，共14頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)5分，星期日總結(jié)以上便是價(jià)鍵理論的建立與發(fā)展的大概情況，通過回顧這一段激動(dòng)人心的歷史，我