价键理论是一种解释两个原子之间化学键的化学键理论。就像分子轨道(MO)理论一样,它用量子力学原理解释成键。根据价键理论,成键是由半填充原子轨道的重叠引起的。这两个原子共享彼此的未配对电子,形成一个填充轨道,形成一个杂化轨道并结合在一起。西格玛键和π键是价键理论的一部分。
价键理论预测,当原子的价原子轨道半满时,原子之间会形成共价键,每个轨道包含一个未配对的电子。这些原子轨道重叠,因此电子在键区内的概率最高。然后两个原子共享单个未配对电子,形成弱耦合轨道。
这两个原子轨道不需要彼此相同。例如,西格玛键和π键可能重叠。当两个共享电子的轨道头对头重叠时,就会形成西格玛键。相反,当轨道重叠但彼此平行时,形成π键。
两个s轨道的电子之间形成Sigma键,因为轨道形状是球形的。单键包含一个西格玛键。双键包括西格玛键和π键。三键包含一个sigma键和两个pi键。当原子之间形成化学键时,原子轨道可能是sigma键和pi键的混合物。
该理论有助于解释路易斯结构无法描述真实行为时的键形成。在这种情况下,可以使用几种价键结构来描述单个路易斯狭窄。
价键理论来源于路易斯结构。G.N.刘易斯在1916年提出了这些结构,基于两个共享键电子形成化学键的想法。在1927年的海特勒-伦敦理论中,量子力学被用来描述成键性质。该理论利用薛定谔波动方程来合并两个氢原子的波函数,描述了氢分子中氢原子之间的化学键形成。1928年,莱纳斯·鲍林将刘易斯的成对成键思想和海特勒-伦敦理论结合起来,提出了价键理论。价键理论被发展用来描述共振和轨道杂化。1931年,Pauling发表了一篇关于价键理论的论文,题为《化学键的性质》。第一个用来描述化学键的计算机程序使用了分子轨道理论,但自1980年代以来,价键理论的原理已变得可编程。如今,这些理论的现代版本在准确描述真实行为方面相互竞争。
价键理论通常可以解释共价键是如何形成的。双原子氟分子F2就是一个例子。氟原子彼此形成单共价键。F-F键是pz轨道重叠的结果,每个轨道包含一个未配对的电子。类似的情况也发生在氢,H2中,但H2和F2分子之间的键长和强度不同。氢氟酸HF中氢和氟之间形成共价键。这种键是由氢1s轨道和氟2pz轨道的重叠形成的,这两个轨道都有一个未配对的电子。在HF中,氢原子和氟原子以共价键共享这些电子。
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