价键理论

已经提出了许多方法来解释配位化合物中键的性质。价键理论就是其中之一。价键理论被开发用于使用量子力学方法解释化学键合。该理论主要涉及从参与分子形成的原子的原子轨道形成单个键。

The electrons in a molecule, according to the valence bond theory, occupy atomic orbitals rather than molecular orbitals. On bond formation, the atomic orbitals overlap, and the greater the overlap, the stronger the bond.

金属键在本质上主要是共价键，金属结构涉及每个原子与其相邻原子之间的电子对键的共振。

杂交

1931年，科学家莱纳斯鲍林提出了杂交的创新概念。他将这一过程称为杂交，并将其描述为特定原子轨道的能量转移以产生等效能量的新轨道。由于这个过程，出现了新的轨道，称为混合轨道。某些类型的杂交是-

1. sp 杂化：一个 s 和一个 p 轨道结合在一起产生两个具有线性结构和 180 度键角的 sp 杂化轨道。例如，当BeCl ₂形成时，第一个原子处于激发态2s ¹ 2p ¹ ，然后杂化产生两个sp-杂化轨道。当这些杂化轨道与两个氯原子的两个 p 轨道碰撞时形成 BeCl ₂ 。
2. sp ²杂化：一个 s 和一个 p 轨道结合在一起产生三个 sp ²杂化轨道，具有平面三角形和 120 度的键角。
3. sp ³ -杂化：一个s和三个p-轨道在该杂化中合并以产生四个具有四面体结构和键角为109°28'或109.5°的sp ³ -杂化轨道。

What is the need for Valence Bond Theory?

Lewis’ theory explained the structure of molecules. It did not, however, explain the formation of chemical bonds. VSEPR theory, on the other hand, explained the shape of simple molecules. However, it had a very limited application. It also failed to explain the geometrical properties of complex molecules. As a result, scientists were forced to develop the theory of valence bonds in order to address and overcome these limitations.

价键理论

Lewis 的化学键合方法未能阐明化学键的形成。此外，价壳电子对排斥理论（或 VSEPR 理论）只有少数应用（也未能预测对应于复杂分子的几何形状）。价键理论由德国物理学家沃尔特·海因里希·海特勒和弗里茨·沃尔夫冈·伦敦提出来解决这些问题。薛定谔波动方程也被用来解释两个氢原子之间的共价键是如何形成的。

该理论侧重于电子配置、原子轨道（及其重叠）和原子轨道杂交的概念。化学键是由原子轨道重叠形成的，电子位于键区。价键理论还解释了由原子轨道重叠形成的分子的电子结构。它还强调了分子中一个原子的核被其他原子的电子吸引的事实。

价键理论的假设

1. 当来自不同原子的两个价轨道（半填充）相互重叠时，形成共价键。由于这种重叠，两个键合原子之间区域的电子密度增加，从而增加了所得分子的稳定性。
2. 原子的价壳包含许多不成对的电子，使其能够与其他原子形成多重键。根据价键理论，价壳层中的成对电子不参与化学键的形成。
3. 共价化学键是定向的并且平行于对应于重叠原子轨道的区域。
4. σ键和π键在原子轨道重叠的模式上有所不同，即π键是通过横向重叠形成的，而σ键是通过沿着包含两个原子核的轴重叠形成的。

价键理论的应用

• 价键理论的最大重叠条件可以解释几个分子中共价键的形成。
• 这是它最重要的用途之一。例如，H ₂和 F ₂分子中化学键长度和强度的差异可以通过它们重叠轨道的差异来解释。
• 正如价键理论所解释的那样，HF 分子中的共价键是由氢原子的 1s 轨道和氟原子的 2p 轨道重叠形成的。 HF分子中的共价键是由氢原子的1s轨道和属于氟原子的2p轨道重叠形成的，这可以用价键理论来解释。

价键理论的局限性

• 未能解释碳的四价。
• 没有提供有关电子能量的信息。
• 该理论假设电子集中在特定位置。
• 它不提供配位化合物的热力学或动力学稳定性的定量解释。
• 弱配体和强配体之间没有区别。
• 没有解释配位化合物的颜色。

现代方法

现代价键理论现在补充了分子轨道理论，该理论拒绝了电子对位于分子中两个特定原子之间的价键观点，而是认为它们分布在可以跨越整个分子的分子轨道组中。分子轨道理论清楚地预测了磁性和电离特性，而价键理论产生了相似但更复杂的结果。

另一方面，芳香性被视为分子轨道理论中 π 电子的离域。由于价键轨道之间和价键结构之间缺乏正交性，价键处理仅限于相对较小的分子，而分子轨道是正交的。另一方面，价键理论更准确地描述了在化学反应过程中键断裂和形成时发生的电荷重组。

应用

导致可能形成最强键的最大重叠条件是价键理论的一个重要方面。该理论用于解释许多分子中共价键的形成。例如，在 F ₂分子的情况下，FF 键是由两个 F 原子的 p _z轨道重叠形成的，每个 F 原子都包含一个不成对的电子。因为重叠轨道的性质在 H ₂和 F ₂分子之间不同，所以键强度和键长不同。 HF 分子中的共价键是由 H 的 1s 轨道和 F 的 2p _z轨道重叠形成的，两者都包含一个不成对的电子。 H和F之间的电子共享导致在HF中形成共价键。

示例问题

问题1：什么是价键理论？

回答：

It is a theory that explains chemical bonding. According to VBT, the overlap of partially filled atomic orbitals results in the formation of a chemical bond between two atoms. The unpaired electrons are shared, resulting in the formation of a hybrid orbital.

问题2：价键理论的优点是什么？

回答：

The maximum overlap condition described by the VBT can be used to explain how covalent bonds form in many molecules. The theory can also shed light on the ionic nature of chemical bonds.

问题 3：sigma 和 pi 键是如何形成的？

回答：

Sigma bonds are formed when the atomic orbitals involved in the bond overlap head-to-head. Pi bonds, on the other hand, involve the atomic orbitals overlapping in parallel.

问题4：根据轨道的重叠，形成了多少种共价键，它们是什么？

回答：

Two types of covalent bonds are formed as a result of orbital overlapping. These are referred to as sigma and pi bonds.

1. The end-to-end overlap of atomic orbitals along the inter-nuclear axis, known as a head-on or axial overlap, forms sigma bonds. End-on overlapping is classified into three types: s-s overlapping, s-p overlapping, and p-p overlapping.
2. When atomic orbitals overlap in such a way that their axes remain parallel to each other and perpendicular to the internuclear axis, a pi bond is formed.

问题5：什么是轨道重叠概念？

回答：

This concept states that a covalent bond formed between atoms results in the overlap of orbitals belonging to atoms with opposite spins of electrons. The type of overlapping between the atomic orbitals determines the stability of the molecular orbital.