化学键与分子轨道
价键理论(valence bond theory)
想象每个原子都伸出一只装着部分电子的手,当两个原子各自握住对方匹配的一只手时,键就形成了。价键理论让电子仍归属于各自的原子,并在两个半满的原子轨道相互重叠、电子配对的地方形成一根键。它是我们熟悉的「共享电子对」图景背后的量子力学支柱。
准确地说,价键理论把共价键描述为两个原子轨道的重叠:每个轨道各贡献一个电子,这两个电子随后在重叠区域以相反的自旋配成一对。轨道重叠得越多,键就越强。为了解释真实的分子形状,该理论把一个原子的若干轨道混合成新的杂化轨道,使它们指向恰当的方向——这正是 sp³ 杂化等概念的来源。
价键理论直观,又能与路易斯结构和键的画法干净地对应,因此在入门化学里占主导地位。它诚实的局限在于:由于让电子定域在特定的原子对之间,它处理弥散(离域)电子时颇为别扭,需要额外引入共振这一手段;遇到这类情形,分子轨道理论往往更利落。
价键理论这样解释甲烷(CH₄):把碳的一个 2s 和三个 2p 轨道混合成四个完全相同的 sp³ 杂化轨道。每个杂化轨道与一个氢的 1s 轨道重叠,给出四根相等的键,分别指向一个四面体的四个角——与实测的形状分毫不差。
杂化让价键理论能够重现真实的分子形状。
价键理论和分子轨道理论并不是在争夺谁才是「真理」——它们是对同一个量子实在的两种近似。价键理论更直观、更局域;分子轨道理论更擅长处理离域电子、磁性和光谱。化学家会挑选让眼前问题更省事的那一种。
又称
另见