共价化合物

发展历史

1916年，美国化学家G.N.Lewis提出了最早的共价键理论，该理论认为分子中每个原子应具有稳定的稀有气体原子的电子层结构，这种结构通过原子间共用一对或若干对电子来实现，即“八隅体规则”。这种分子中原子间通过共用电子对的方式形成的化学键称为共价键。路易斯的共价键理论成功地解释了一些简单共价分子的形成，为价键理论的发展奠定了基础。值得注意的是，路易斯理论尚不完善，它无法说明电子配对的原因和实质以及分子的几何构型。无法解释不符合“八隅体规则”的化合物，例如三氟化硼（6电子）、五氯化磷（10电子）、六氟化硫（12电子）。1927年，德国化学家W.H.Heitler和F.London把量子力学理论应用到分子结构中，初步解释了共价键的本质。后来L.C.Pauling等人发展了这一成果，建立了现代价键理论、杂化轨道理论、价层电子对互斥理论和分子轨道理论。1

价键理论

价键理论是量子力学近似处理氢分子结果的推广，也叫电子配对法，简称VB法。该方法与路易斯的共价键理论不同，它是以量子力学为基础的。价键理论的基本要点如下：

(1)原子中自旋相反的成单电子相互接近时，单电子可以配对，形成稳定的化学键（单键、双键或三键）。

(2)原子中如果没有成单电子或有成单电子但自旋方向相同，都不能形成共价键。例如氦原子有2个1s电子，它不能形成He2分子。

(3)成键电子的原子轨道重叠越多，其核间概率密度就越大，形成的共价键越牢固，分子越稳定，由此可知共价键的形成在可能范围内将沿着原子轨道最大重叠的方向，此即子轨道最大重叠原理。22

共价化合物的特点

以共用电子对形成分子的化合物叫共价化合物特点：

(1)由相同元素原子组成的分子其共用电子对无偏移。单质的共用各原子不带电性，称为单质的分子，如氧气的分子。

(2)由不同元素的原子组成的分子由其共用电子对有偏移(偏向非金属较强的元素原子一方)，使双方带相反的电性，但没有电子得失，故化合物中不存在离子。整个分子仍是电中性。

(3)有些共价化合物，其共用电子对偏移程度大，在水溶液中能形成阴、阳离子。例如：HCI→H++Cl-，非金属元素原子间的反应，一般形成共价化合物。2

杂化轨道理论

随着化学和物理学技术的发展，人们已能测出许多分子的几何构型，可是测定结果很多都不能用价键理论加以说明。为了解决这类矛盾，1931年L.Pauling在电子配对理论的基础上，提出了杂化轨道理论，进一步发展了价键理论。

(1)在成键过程中，由于原子间的相互影响，同一原子中几个能量相近的不同类型的原子轨道（即波函数），可以进行线性组合，重新分配能量和确定空间方向，组成数目相等的新的原子轨道，这种轨道重新组合的过程称为杂化，杂化后形成的新轨道称为杂化轨

(2)杂化轨道的数目与参加杂化的原子轨道的数目相等。

(3)杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理。为此杂化轨道的角度波函数在某个方向的值比杂化前的大得多，因而杂化轨道比杂化前原子轨道的成键能力强。不同类型杂化轨道的成键能力从小到大排序为：sp、sp2、sp3、dspz、sp3d、sp3d2

(4)杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理。键与键间排斥力的大小决定于键的方向，即决定于杂化轨道间的夹角。故杂化轨道的类型与分子的空间构型有关。

价层电子对互斥理论

价键理论和杂化轨道理论都可以解释共价键的方向性，尤其是杂化轨道理论成功地解释了部分共价分子杂化与空间构型的关系，但是有些分子用这两个理论预测有时也是难以确定的。1940年美国的N.V.Sidgwick等人相继提出了价层电子对互斥理论，简称VSEPR法，该法适用于主族元素间形成的ABn型分子或离子。

(1)在共价分子中，中心原子周围配置的原子或原子团的几何构型，主要决定于中心原子价层电子对的相互排斥作用，分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种结构。价层电子对包括成键电子对和孤对电子。

(2)对于共价分子来说，其分子的几何构型主要决定于中心原子的价层电子对的数目和类型。

(3)价层电子对相互排斥作用的大小，决定于电子对之间的夹角和电子对的成键情况。一般规律为①电子对之间的夹角越小排斥力越大；②价层电子对之间静电斥力从大到小的顺序是：孤对电子-孤对电子、孤对电子-成键电子对、成键电子对-成键电子对；③斥力从大到小的顺序是：叁键、双键、单键。

(4)在共价分子中如果存在双键或叁键，价层电子对互斥理论仍然适用，可把双键或三键当成一个电子处理。1