
【化】 valence bond theory
价键理论(Valence Bond Theory, VBT)是量子化学中描述化学键形成的重要理论之一,主要解释原子如何通过共用电子对形成共价键,并阐明分子结构与成键性质的关系。其核心观点如下:
电子配对原理
原子通过未成对电子相互配对形成共价键。例如,氢原子(1s¹)各提供一个未成对电子配对形成H₂分子(H-H键)。
原子轨道重叠
成键原子的原子轨道需发生最大程度重叠,重叠区域电子概率密度增大,系统能量降低(如两个氢原子的1s轨道重叠形成σ键)。重叠程度与键强度正相关。
杂化轨道理论(价键理论的延伸)
为解释多原子分子空间构型(如CH₄的正四面体),提出原子轨道可"杂化"形成新轨道(如sp³杂化)。杂化后轨道方向性增强,更利于有效重叠。
键能与键长:键能反映键强度,键长是成键原子核间平衡距离。两者关系可通过势能曲线描述:
$$ E(R) = D_e left[ e^{-2a(R-R_e)} - 2e^{-a(R-R_e)} right] $$ 其中 (D_e) 为离解能,(R_e) 为平衡键长。
共振论:对无法用单一结构描述的分子(如苯),提出多个共振结构共存,实际结构为"共振杂化体"(如苯的六元环共振)。
应用领域:
局限性:
对多中心键(如硼烷)或激发态分子描述不足,需借助分子轨道理论补充。
(注:经典文献链接需通过学术数据库如JSTOR或出版社官网获取)
价键理论(Valence Bond Theory,VB理论)是化学中解释共价键形成的重要理论之一,其核心观点是:原子间通过共享电子对形成化学键,而共享的前提是原子轨道的有效重叠。以下是该理论的详细解析:
轨道重叠与电子配对
当两个原子的未成对电子(自旋方向相反)的原子轨道发生重叠时,电子会配对并集中在重叠区域,形成共价键。例如,氢分子(H₂)的形成是两个氢原子的1s轨道重叠的结果。
方向性与饱和性
为解释分子几何构型(如甲烷的正四面体结构),价键理论提出杂化概念:
某些分子(如苯、臭氧)无法用单一结构描述,需用共振杂化体表示:
特征 | 价键理论 | 分子轨道理论 |
---|---|---|
视角 | 局部原子轨道重叠 | 整体分子轨道形成 |
适用性 | 解释键方向性、杂化 | 解释分子磁性、光谱性质 |
处理方式 | 强调电子配对 | 电子分布于分子轨道能级 |
价键理论通过原子轨道重叠、杂化和共振等概念,直观解释了共价键的形成与分子结构,尤其适用于有机分子的几何构型分析。尽管分子轨道理论在解释某些性质上更全面,但价键理论因其简洁性仍在教学中广泛使用。
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