對(duì)于共用電子對(duì)為何不排斥反而能被兩個(gè)原子核牢牢吸引蕉堰？我們不能按照宏觀理念去理解。在原子結(jié)構(gòu)中就已經(jīng)提及，原子軌道其實(shí)是一個(gè)波函數(shù)莽龟，是薛定諤方程的一個(gè)有意義的解。它的平方稱為概率密度锨天，就是在原子核外某空間內(nèi)電子出現(xiàn)的概率毯盈。

分子成鍵時(shí)要滿足如下三個(gè)原理，這也是現(xiàn)代價(jià)鍵理論的要點(diǎn)：

1.能量最低原理

原子為何要生成分子病袄？無(wú)非是為了使能量最低化搂赋，那成鍵時(shí)哪種方式可以使能量最低？對(duì)于電子有何要求益缠？量子化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)脑奠，對(duì)成鍵的兩個(gè)電子有一定要求，電子的自旋方向必須相反幅慌。只有這種情況才可能在兩個(gè)原子核之間有一個(gè)電子云增大區(qū)域宋欺，同時(shí)受到兩個(gè)原子核吸引，從而成為穩(wěn)定的共價(jià)鍵欠痴。如果自旋方向相同迄靠，則在兩個(gè)原子核之間存在一個(gè)節(jié)面（推斥態(tài)，空白區(qū)域）喇辽，能量有所增大掌挚，無(wú)法形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵。

2.最大重疊原理

不同的原子軌道在空間有不同的伸展方向菩咨，電子云重疊時(shí)只有一個(gè)方向才能滿足最大重疊吠式，所以形成的共價(jià)鍵具有一定的方向性。而且對(duì)于波函數(shù)而言抽米，具有一定的位相特占，只有同號(hào)重疊才能發(fā)生波疊加，有利于成鍵云茸。否則異號(hào)重疊是目，形成節(jié)面，能量升高标捺，不利于成鍵懊纳∪嗟郑基于這個(gè)原理，對(duì)于s軌道只有一種重疊方式嗤疯，“頭碰頭”冤今，形成σ鍵。對(duì)于p軌道而言茂缚，它有三個(gè)不同取向的軌道戏罢，一旦某一方向“頭碰頭”成σ鍵，另外兩個(gè)方向只能是“肩并肩”成π鍵脚囊。由于重疊方式不同龟糕，鍵的穩(wěn)定性和化學(xué)活性也不同。σ鍵比π鍵穩(wěn)定很多凑术，所以在有機(jī)化學(xué)中π鍵是反應(yīng)的積極參與者翩蘸。

3.電子配對(duì)原理

每個(gè)原子核外電子排布中，總有一定數(shù)量的單電子』囱罚現(xiàn)代價(jià)鍵理論認(rèn)為催首，每個(gè)原子成鍵的多少與本身原子內(nèi)的單電子數(shù)目有關(guān)。如泄鹏，O核外有兩個(gè)單電子郎任，所以它最多能形成兩根鍵;N核外有三個(gè)單電子，所以N最多能形成三根鍵备籽。如NH3舶治。而稀有氣體如He,Ne原子核外電子都成對(duì)，沒(méi)有單電子车猬，所以不會(huì)形成化合物霉猛。這就體現(xiàn)了共價(jià)鍵的飽和性，即每個(gè)原子能形成共價(jià)鍵的數(shù)目是有上限的珠闰，而不是無(wú)限的惜浅。

但是成也蕭何，敗也蕭何伏嗜。這里的共價(jià)鍵的飽和性聽(tīng)起來(lái)很有道理坛悉，但也會(huì)遇到跟多無(wú)法解釋的共價(jià)分子的挑戰(zhàn)。按照電子配對(duì)原理承绸，碳（C）的最外層只有兩個(gè)單電子裸影，按理只能形成類似CH2或CCl2這樣的分子，可在日常實(shí)驗(yàn)所用的化學(xué)試劑中军熏，卻出現(xiàn)甲烷（CH4）轩猩，CCl4等物質(zhì)。這是怎么回事？像這樣的情況可不是個(gè)例界轩，而是比比皆是画饥。如B族元素衔瓮，按照現(xiàn)代價(jià)鍵理論浊猾，應(yīng)該只能形成一個(gè)共價(jià)鍵;Be核外電子都成對(duì)了，怎么會(huì)有BeCl2分子存在热鞍。還有P和氮一樣葫慎，應(yīng)該只有PCl3啊，可它為何還有PCl5存在呢薇宠？太奇怪了偷办？！

雜化軌道理論

為了解釋這些情況澄港，Pauling就提出了雜化軌道的假設(shè)椒涯。它認(rèn)為一個(gè)原子內(nèi)能量相近的軌道有可能發(fā)生混雜，不再是純粹的s軌道或p軌道回梧，而是出現(xiàn)sp废岂，sp2……等各種形式的雜化軌道。而且雜化前后的軌道數(shù)目不變;只有能量相近的才能雜化;雜化后原子軌道電子云更加集中狱意，形成一頭大一頭小的角向分布湖苞。這樣的形式更有利于發(fā)生頭碰頭的成鍵方式，也就是說(shuō)雜化軌道形成的鍵只能是σ鍵详囤，而不再有肩并肩的成鍵模式财骨。而形成分子的分子構(gòu)型也發(fā)生變化，有各種各樣的空間構(gòu)型藏姐，這些構(gòu)型的形成與雜化類型有關(guān)隆箩。

不同的雜化類型提供的雜化軌道數(shù)目不同，它的分子幾何構(gòu)型也不同羔杨。巧合的是捌臊，這里雜化后提供的軌道數(shù)目，與VSEPR計(jì)算的價(jià)層電子對(duì)正好吻合问畅。由此根據(jù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)目娃属，可以推測(cè)分子雜化軌道類型。

而且這兩個(gè)理論正好互相補(bǔ)充护姆。價(jià)層電子對(duì)互斥理論可以預(yù)測(cè)主族單個(gè)分子的空間幾何構(gòu)型矾端，利用雜化軌道理論可以解釋其形成過(guò)程。真是珠聯(lián)璧合卵皂，相得益彰秩铆。

根據(jù)現(xiàn)代價(jià)鍵理論，氨和水的鍵角應(yīng)該是90°，可實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離90°殴玛，而是接近于sp3雜化的109.5°捅膘。由此可以推測(cè)它們分子的形成也應(yīng)該是由雜化軌道成鍵。由于O滚粟、N雜化時(shí)其雜化軌道中電子組成不同（有單電子和成對(duì)電子）寻仗，所以它們屬于不等性雜化。正是這些成對(duì)電子（孤電子對(duì)）的存在凡壤，使它們的鍵角發(fā)生偏離等性的sp3雜化所形成的正四面體的鍵角署尤。

所以對(duì)于常用的雜化類型，主要有sp系列三種亚侠，sp曹体、sp2、sp3硝烂；還有兩種有d軌道參加的sp3d和sp3d2雜化箕别。對(duì)于這兩種雜化類型，只有第三周期（含第三周期）以后的元素才有可能發(fā)生滞谢。對(duì)于第二周期主族元素串稀，只有sp系列雜化。所以在有機(jī)化學(xué)中爹凹，碳的雜化類型厨诸，就是sp系列雜化。

雜化和價(jià)層電子對(duì)互斥理論很好解釋了分子的空間幾何構(gòu)型禾酱。利用現(xiàn)代價(jià)鍵理論解釋了共價(jià)鍵的形成過(guò)程微酬。但是對(duì)于氧氣應(yīng)該都成鍵的分子中檢測(cè)出有磁性，這些理論都無(wú)法解釋颤陶。因?yàn)榘凑者@些理論而言颗管，氧氣中不再有單電子，怎么會(huì)有磁性滓走！所以勢(shì)必要有新理論產(chǎn)生垦江，去解釋氧氣有磁性問(wèn)題。

這個(gè)理論就是分子軌道理論搅方。

2020.11.17晨

既然寫了比吭，就有始有終吧