化学键理论
化学中的化学键理论
化学中的化学键理论化学键是指原子间的吸引力力，是分子形成的基础。
化学键的形成、性质和断裂是化学反应的重要环节，也是化学研究的核心内容。
化学键理论是化学学科中的重要分支之一，它揭示了化学键的性质和本质，为化学科学的发展和应用提供了理论基础。
1. 传统化学键理论在传统的化学中，原子间的化学键是指开尔文的“亲和力”理论。
它将原子的吸引力定义为原子核和共享了某些电荷的电子间的作用力，是一个纯经验的观点。
它不是一个特别准确的预测性理论，但是仍然在一些情况下被广泛使用。
2. 共价键理论共价键理论是指两个原子通过共享电子共同发展出的化学键。
这一理论揭示了共价键的本质，即原子间电子的共享。
共价键通常用杂化轨道理论来解释。
杂化轨道理论认为，原子的价电子空壳轨道中的电子可能会混合成新的、更稳定的轨道，称为杂化轨道。
杂化轨道提供了一个更准确的方法来描述共价键——如在氨分子中，氮原子价电子空壳轨道和氢原子的原子轨道混合，产生了四个杂化轨道，分别用于和四个氢原子组成共价键。
3. 离子键理论离子键理论是指形成离子键的原理。
它是一种典型的原子或分子排斥的现象。
当两种化学物质中含有带电离子时，离子间会产生电吸引力，因此导致它们结合到一起，而这些带电离子被称为离子。
离子键通常发生在化合物中，如氯化钠（NaCl）和硫酸二钾（K2SO4）。
4. 金属键理论金属键是指金属中的化学键，通常是由金属离子通过共享电子形成金属键。
金属离子在结晶中排列成空间有序的三维结构，形成晶格。
这种排列方式为金属提供了良好的机械性能和导电性能，在大规模制造工业用金属和合金方面有着重要的应用。
总之，化学键理论是化学学科的核心，它揭示了化学键的本质及其反应机理，为探索化学反应规律和推进实用化学技术发展提供了基础。
为了更好地掌握化学反应过程，我们需要深入了解化学键理论，并将其应用于实践中。
化学键理论
化学键理论1. 引言化学键理论是化学的基础理论之一，用于解释物质中原子如何通过共用、离子、金属等键形成化合物。
本文将介绍化学键的概念、类型、强度和特点，以及相关的分子轨道理论和晶体结构中的键。
2. 化学键的概念化学键是由原子之间的相互作用力形成的，用于稳定原子之间的连接，以形成化合物。
它是化学反应和化学转化的基础。
根据原子之间电子的共享或转移方式，化学键可分为共价键、离子键和金属键三种类型。
2.1 共价键共价键是由两个原子共用一对电子而形成的。
在共价键中，原子之间的电子密度共享，以形成一个稳定的化合物。
共价键的强度取决于原子间的电子云重叠程度。
2.2 离子键离子键是由正负电荷之间的相互作用力形成的。
离子键通常存在于由金属和非金属元素组成的化合物中，其中金属原子失去电子形成阳离子，非金属原子获得电子形成阴离子。
离子键的强度取决于产生的离子之间的吸引力。
2.3 金属键金属键是金属原子之间的强电子云相互作用力形成的。
金属键的特点是原子之间的电子云重叠形成一个导电的金属电子海，这种电子海使得金属具有良好的导电性和延展性。
3. 化学键的强度和特点化学键的强度决定了化合物的稳定性和性质。
共价键通常强于离子键和金属键。
化学键的强度可以通过键能来衡量，键能是在形成化学键时放出或吸收的能量。
化学键的特点还包括键长和键角。
键长是指两个原子之间的距离，它通过实验或计算得到。
键角是指连接三个原子的两个化学键之间的夹角，它决定了分子的形状和空间结构。
4. 分子轨道理论分子轨道理论是用于描述共价键形成和分子性质的理论。
根据分子轨道理论，原子中的原子轨道会线性组合形成分子轨道。
分子轨道存在于整个分子中，描述了共价键中电子的分布情况。
常见的分子轨道包括Sigma（σ）轨道和Pi（π）轨道。
Sigma轨道是由轴向重叠形成的，是共价键中电子密度最高的轨道。
Pi轨道则是通过平面上的侧向重叠形成的，通常存在于双键和三键中。
5. 晶体结构中的键除了在分子中形成化学键外，化学键也存在于晶体结构中。
化学键的价电子对排斥理论
化学键的价电子对排斥理论化学键是不同元素之间的相互作用力，让原子能够形成稳定的分子。
在化学键的形成过程中，原子的价电子对的排列有着非常重要的影响。
本文将介绍化学键的价电子对排斥理论，并探讨其在化学反应和分子结构中的应用。
一、化学键的概念与价电子对化学键是原子之间由于电子重新分配而形成的相互作用力。
原子的外层电子数目直接决定了其化学性质，而形成化学键的主要是原子的外层价电子。
原子通过与其他原子共享或转让电子来达到稳定的电子构型。
原子中的价电子对是指参与化学键形成的电子对。
对于主族元素，它们的外层电子数等于它们的主族号，即它们的电子构型为ns^2np^6。
原子需要充满外层电子轨道的电子数等于该原子主族号。
比如氧原子（O）的主族号为16，因此氧原子中的价电子对数为6。
二、价电子对排斥理论的提出价电子对排斥理论是由盖伦-赛克斯（Gillespie）和纳伊伯（Nyholm）于1957年提出的。
该理论认为，在分子中，原子上的价电子对会相互排斥，使得它们尽可能地远离彼此，以减小排斥力的作用。
这种排斥力对分子的结构和化学反应产生了重要影响。
三、价电子对排斥理论对分子几何结构的影响根据价电子对排斥理论，分子中电子对的互相排斥会导致分子的几何结构发生调整，以最大程度地降低电子对之间的排斥力。
根据电子对的排布情况，常见的几何结构可以分为线性、三角形平面、四面体、五角形平面等。
以水分子（H2O）为例，氧原子中有2对非共享的孤对电子和2对与氢原子共享的电子对。
这些电子对的排列使得水分子呈现出角度为104.5度的V型结构。
这是因为两对孤对电子通过与两个氢原子的电子云产生静电斥力，使得氢原子之间的角度变成了近似109.5度而不是预期中的120度。
四、价电子对排斥理论在分子极性和化学反应中的应用价电子对排斥理论有助于解释分子的极性和化学反应的发生。
在分子中，如果化学键中的电子对较多，则分子呈极性。
例如，二氧化碳（CO2）分子由于氧气原子周围有两对非共享电子对，因此CO2是无极性分子。
化学键理论
偶联剂分子应至少含有两种官能团，第一种官能团在理论上可于增强材料起化学反应，第二种官能团在理论上应能参与树脂的固化反应，与树脂分子链形成化学键结合，于是，偶联剂分子像“桥”一样，将增强材料与基体通过共价键牢固地连接在一起了。
1简介1949年，Bjorksten和Lyaeger共同提出化学键理论。
关于分子（或晶体）内相邻原子（或离子）间相互结合的理论。
按照这种理论，原子（或离子）是以化学键的形式结合成分子（或晶体）的。
形成化学键的物理机制是电磁相互作用。
2重要意义分子中元素原子的电子从一个原子转移到另一个原子而形成正负离子，由电荷相反的正负离子通过其过剩电荷的库伦力彼此吸引形成分子，这种静电库伦力称为离子键；原子间以共享电子对的方式形成分子，这种化学键称为共价键；在通常情况下，共价键共享的电子对分别由两个原子提供，有时共享的电子对则是由一个原子提供的，这样的共价键称为配位共价键；联结金属原子的键称为金属键，金属键的最显著特点是成键电子的流动性，它使金属表现出高度的导电性和导热性；由极性很强的化合物H-X键上的氢原子与另一个键中电负性很大的原子X上的孤立电子相互吸引而形成的分子之间的一种结合力叫氢键。
氢键不是化学键，氢键属于分子间作用力。
氢键的作用力比范德华力强而比化学键弱。
氢键在生理学和蛋白质结构化学上具有重要的意义。
3人类认识人类对物质结合方式的认识源远流长。
在古希腊，恩培多克勒用爱和恨说明物质间的结合和分离，德谟克利特则用原子的漩涡运动说明原子的聚集和分散。
中世纪的J.R.格劳伯（1604～1670）提出了物质同类相亲、异类相斥的思想。
其后还出现了关于物质结合的亲和力说，认为物质的微粒具有亲和力，由此互相吸引而结合在一起。
19世纪初，瑞典化学家J.J.贝采利乌斯（1779～1848）提出了一种建立在正负电相互吸引的观念基础上的电化二元说，从而使亲和力说更加系统化。
阐明分子中原子相互作用的经典价键理论是在原子概念基础上形成的。
化学键理论概述
波恩－哈伯循环 Na ( s ) + 1/2Cl2 ( g )
Δ f HӨm NaCl ( s )
ΔH1＝ΔHvap ΔH2 ＝1/2 E Na ( g ) ΔH3＝I1 Cl ( g ) ΔH4 ＝-Eea,1 ΔH5＝ - U
Na＋( g ) + Cl－( g )
ΔfHӨm = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 +ΔH4 + ΔH5 = ΔHvap + 1/2E+ I1- Eea,1-U
V吸引 = -
q+ · q4 πε0 r
正、负离子之间的总势能与距离 r 关系的势能曲线。
Vp
NaCl 的势能曲线
0
Vp r0
r0
r
近距离相互排斥，远距离相互吸引， 在某一平衡距离时，吸引排斥处于动态平衡，体系势能最小，最稳定。 平衡距离 r0 —— 化学键
配位数 Na+ 6 Cl- 6 无方向性： 电荷球形对称分布 无饱和性： 空间条件允许的情况下，尽可能多的吸引相反的离子。 每个离子周围排列的异号离子的数目是一定的，实际数目与离子半 径及所带的电荷有关。
正离子和负离子之间通过静电引力结合在一起，形 成离子化合物。这种正、负离子间的静电吸引力就叫做 离子键。 当不同的原子通过离子键结合形成分子时，必然伴随 着体系能量的变化，而且新体系的能量大大低于旧体系。 根据库仑定律，两个距离为r，带有相反电荷 q+ 和 q- 的正、 负离子之间的势能 V吸引为：
缺电子体系
奇数电子体系 多电子体系
Be原子半径小，不能有大的形式电荷。
+1 -2 +1
F = Be = • F • •
•
第七章 化学键理论概述
3
BF CH BeCl 3 4 2 实例 HgCl2 BCl3 SiCl4 Be(ⅡA) B(ⅢA) C,Si 中心原子 Hg(ⅡB) (ⅣA)
PH3 N,P
(ⅤA)
NH 3
H2O H2S O,S
(ⅥA)
（5）sp3d2杂化
定义：同一原子内，由1个ns轨道与3个np轨道、 2个nd轨道间发生的杂化叫sp3d2杂化。杂化后形成 的6个新轨道叫sp3d2杂化轨道。 特点：每个sp3d2杂化轨道中含有1/6s成分和 3/6的p成分、2/6的d成分。
2.杂化轨道类型与分子的空间构型 ①sp杂化
由1个ns轨道和1个np轨道进行杂化，组成2个等同的sp杂化轨道。
每个sp杂化轨道中含1/2 s成分和1/2 p的成分。 两个sp杂化轨道之间夹角为180°，分子空间构型为直线型。
BeCl2分子形成过程
②sp2杂化
1个ns轨道和2个np轨道经杂化组成3个等同的sp2杂化轨道。
第七章
分子结构
离子键理论 化学键理论 共价键理论 金属键理论
§7 - 1 离子键理论
一、离子键的特点 1. 离子键的本质是库仑静电作用力 + f ∝ q q /r
q+、q-为离子所带电荷, R为离子间距离。
离子键强度是用晶格能来描述的。
2.离子键的特点：
既无方向性，也无饱和性。 离子化合物是由正负离子通过离子键相互交替连 结而成的晶体结构。
Na(s) + 1/2F2(g) S Na(g) I 1/2D F(g) A
ΔH
NaF(s)
U
Na+(g)
+ F－(g)
式中 S为 Na 的升华热 (108.8 kJ· mol － 1) ， I 为 Na 的电离势（ 495.8 kJ· mol － 1) ， D 为 F 的 键 能 (141.8 kJ· mol － 1 ） ， A 为 F 的 电 子 亲 合 势 (-328.0 2 kJ· mol－1)，ΔH为NaF的生成焓(-573.65 kJ· mol－1)，U为NaF的晶格能。
配合物的化学键理论
杂化
轨道 sp3d2 d2sp3
sp3
dsp2
配键 类型 外轨型 内轨型
外轨型
内轨型
Kf 1014
稳定性
<
1042
107. 96
1031. 3
<
磁性
Ni2+的d电子构型 杂化轨道 配键类型
未成对电子数 磁性
[Ni(NH3)4]2+ [Ni(CN)4]2 d8
sp3 外轨型
dsp2 内轨型
2 顺磁性
弱场配体
强场配体
——以上称为光谱化学序列
4. 电子成对能和配合物高、低自旋
电子在分裂后轨道上的分布遵循： 能量最低原理和洪特规则
如 Cr3+ d3
eg
E t2g
八面体场
d4d7构型的离子, d电子分布有高、低自旋两种方式。
如 Cr2+ d4
[Cr(H2O)6]2+
eg
△o t2g
[Cr(CN)6]4-
中心离子和配体之间以静电引力相互作用而形 成化学键。
中心离子的5个能量相同的d轨道受配体负电场 的排斥作用，发生能级分裂(有的轨道能量升 高，有的能量降低)。
2. 正八面体场中d轨道的能级分裂
无外电场作用下的d轨道 Edxy= Edxz= Edyz= Edx2-y2= Edz2
在带负电荷均匀球形场的作用下，d轨道能量 均升高相同值，能级不发生分裂。
请问: [Zn(NH3)4]2+、 [Ag(NH3)2]+呈现什么颜色？
中心离子d 轨道全空(d0)或全满(d10), 不能发生 d-d跃迁，其水合离子为无色。
解释配合物的稳定性
Eeg=+0.
化学键理论概述
F
sp杂化轨道
激 发
杂 化
SP3d2杂化（以SF6的分子结构为例）
激发
杂化
重叠 SF6的分子形成过程
sp3d2杂化轨道是由一个s轨道、三个p轨道和两个d轨道组合而成，其特点是6 个sp3d杂化轨道指向正八面体的六个顶点，相邻的夹角为90º 。
F
SF6分子的空间结构
F
F S F
F
sp3d2杂化轨道示意图
NH
3
H2 O
杂化轨道总结
(1)轨道杂化是指同一个原子中相关轨道的混合由此产生的 杂化轨道也是原子轨道。
(2)参与杂化的轨道中电子所处的能级略有不同，而杂化后 的电子则处于相同能级。杂化后能级相当于杂化前有关 电子能级的中间值。 (3) 杂化只能发生在能级接近的轨道之间，如能层数相同的 s、p、d轨道之间，或(n-1)d与ns、np之间，能量也是相 近的。亚层符号按能层、能级升高的顺序排列，例如 d2sp3和sp3d2代表不同杂化轨道。
⑷ 周期表中相邻族左上与右下斜对角线上的正离 子半径近似相等； 如：r（Mg 2+ )=65pm ≈ r（Li + )= 60pm ⑸ 负离子半径一般较大，约130-250pm 正离子半径一般较小，约10-170pm.
四、离子晶体
1、离子晶体的特征和性质 类型：活泼金属的氧化物和盐类 特征: 晶格结点上的质点—正、负离子； 质点间作用力—离子键； 配位数 — 6、8、4等；
Na(s)+1/2Cl 2 (g) 298K，标准态 NaCl(s) △f Hm°
S↓ ↓ 1/2D
Na(g)
I↓
+
Cl(g)
↓E
-
-U ° △ f Hm =S+I+1/2D+( - E)-U U=109+496+121- 34பைடு நூலகம்+411 =788( KJ · mol
化学物理学中的化学键理论
化学物理学中的化学键理论化学键是化学反应的核心概念，是学习化学的重要基础。
化学键的构成和性质一直是科学家们研究的焦点问题，在化学物理学中，学者们提出了一系列的化学键理论，为揭示化学反应机制提供了有力的引导。
定量化学键理论定量化学键理论主要是以分子轨道理论为基础的。
分子轨道理论将分子中的电子看作一种波动，分子的各个成分之间都处于一定状态的波动运动中，它们的合成波动决定了分子性质。
根据这种理论，化学键的强度和密度可以用分子轨道理论的计算公式来描述。
这种理论主要适用于含有大量原子的复杂分子，同时还可以解释杂化轨道的作用和非共价键的特性。
这种理论在化学研究中具有很重要的地位。
离域化学键理论离域化学键理论是离子键、共价键和金属键这三种常见的化学键类型的统一理论，认为这些键皆为“离域键化学键”，都可以用一种方式来解释。
离域化学键理论认为化学键中的电子并不局限于某个原子的轨道或物质中的某个局部空间范围，而是能够越过化学键的瓶颈，以一种更广泛的方式离开其原始轨道而进入整个系统中形成化学键。
这种理论特别适用于解释大量电子参与的化学反应和分子中非常强的电子共振相互作用。
化学键能理论化学键能指的是在化学键中需要投入的能量，它与键长及形成的原子种类及价态有关。
化学键能理论认为，化学键的能量并不是单独存在的，它源于原子核电荷的弱化和电子布居状态的改变，这种状态改变可以将电子云中的电子搬移到新的原子中。
因此，化学键能理论给出了一种理论方式，可以根据原子与分子间的相互作用以及原子与分子的内部构造，计算出化学键的强度，从而更好地预测和控制多种化学反应。
价键理论价键理论是一种早期的描述化学键的方法，它认为化学键是由于金属原子通过与晶体中其他原子相互作用而形成的。
这种理论在描述一些固态体系中的金属键和金属离子化合物时是非常有用的，它使得科学家们能够更好地理解单质和化合物之间的基本相互作用，为工业界的生产和分析提供了重要的依据。
结语不同的化学键理论在不同情况下都具有不同的优势和适用范围。
配合物的化学键理论
配体场理论
配位场理论是晶体场理论的发展，分别 取其晶体场理论和分子轨道理论的优点 结合而成。对中心离子与配体静电作用 部分用晶体场理论来处理，而共价作用 部分用分子轨道理论来处理。
遵循成键三原则：能量近似、最大重叠 和对称性匹配原则。
在理论上比晶体场理论等方法更为严谨， 所得的结果常用来补充晶体场理论的不 足。
一．判断配合物的空间构型 二．判断配合物的成键类型 三．判断配合物的磁性 四．价键理论的特殊应用
（一） 判断配合物的空间构型
杂化类型决定配离子的空间构型；杂化轨道数 等于中心原子的配位数。
价键理论顺利地解释了配合物的分子构型：
配位数
2
3
4
杂化轨道
sp
sp2
sp3
4 dsp2
分子构型 直线 三角形 正四面体 正方形
配位数
5
杂化轨道 sp3d d2sp2,
分子构型 三角双锥
5 d4s 四方锥
6 sp3d2, d2 正八面体
➢ 2配位的配合物 [Ag(NH3)2]+
Ag+(d10)的电子结构:
4d
5s
5p
[Ag(NH3)2]+的结构 4d :
sp杂化 5p
H3N NH3
结果： [Ag(NH3)2]+形成前后, 中心原子的d电子
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第4讲 配合物的化学键理论
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配合物的化学键理论，主要研究中心原子和 配体之间结合力的本性；
并用来说明配合物的物理和化学性质：如配 位数、几何构型、磁学性质、光学性质、热 力学稳定性、动力学反应性等。
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静电理论 体场理论
分子轨道理论
化学键的理论模型
化学键的理论模型化学键是因为原子之间的互相吸引而形成的。
原子通过化学键来连接成分子。
在化学键的研究中，互相作用的原子可以分为两类，一类是金属原子，另一类是非金属原子。
我们知道金属原子倾向于形成金属键，而非金属原子之间主要形成离子键、共价键。
离子键以阴阳离子之间的吸引力为基础，而共价键则是原子间电子的共享。
化学家们为了深入研究原子间化学键的形成和特征，建立了一些理论模型，这些模型有助于我们理解化学键的基本本质和动力学机制。
1、离子键理论模型离子键是由于正负电荷之间的相互吸引产生的。
在这个理论模型中，一个阳离子被一个或多个阴离子包围着。
离子密度比单个离子高，这使得其在内部形成了一种电子云。
换句话说，对离子间的作用力进行计算，我们可以看到阴离子和阳离子电子密度的差异。
这种模型在熔融或高温条件下存在的离子成分中非常明显。
2、共价键理论模型共价键是由原子电子间的共享所造成的。
在这种模型中，两个吸引彼此的原子能够通过一个由原子电子形成的云结合在一起。
这种模型，使我们能够更好的理解原子发生共价键的形成。
例如，当一个氧原子和两个氢原子共享电子时，他们之间建立了一个氢键。
3、以分子轨道理论为基础的化学键模型分子轨道理论是一种基于波函数和量子力学的化学考虑模型。
这种模型下，分子轨道是由单个原子轨道的线性和而成。
为让两个原子之间形成化学键，在分子轨道理论中，会发生“前向叠加”。
“前向叠加”是通过相邻的两个原子之间的可用轨道产生的，它们将产生一个全新的轨道，其中两个原子中的电子得以共享。
这种模型基于天然的电荷转移理论，通常至少涉及两个原子之间的相互作用。
4、以价态键理论为基础的化学键模型价态键理论是原子通过共享或转移电子来结合的一种理论，用于解释原子之间的连接方式。
它是由Gilbert Newton Lewis和Irving Langmuir提出的。
其核心概念是电子互相作用和需求层次结构。
价态是一种对原子电子云所处空间层次的描述，它依赖于电子结构理论。
化学反应中的化学键理论
化学反应中的化学键理论化学反应是化学学科中的一个重要领域，其实现是各种化学键的重组和形成。
化学键理论是解释化学反应的基石，它涉及原子、分子之间的相互作用，是探究化学性质和化学变化的关键。
本文将从分子结构、化学键的本质、化学键的分类、键能和化学键强度等方面阐述化学键理论的基本知识和应用。
一、分子结构分子结构是形成化学键的前提条件。
在分子结构中，原子通过共价键、离子键、金属键等相互作用形成分子。
共价键中原子共同占据一定的电子数，通过原子间共用电子形成键，共用电子对在空间中呈现不同的构型，形成不同的共价键类型；离子键中正负离子通过电子相互作用形成离子键；金属键中金属原子通过空穴在金属离子间自由移动形成金属键。
分子结构的不同也反映出键的不同，而化学键理论解释的正是这些不同的键。
二、化学键的本质化学键的本质是指在键的形成过程中发生的电子共享或电子转移产生的电静力相互作用。
化学键的形成是原子、分子相互作用的结果，在这个相互作用中，原子核吸引电子云，使电子云在原子间发生共享或电子转移，并形成共价键或离子键。
这些键的强度和稳定性与相互作用中电子云的分布成正比，因此原子之间的键长、键键距和键角等都对化学键的特性产生重要影响。
三、化学键的分类根据原子之间的电子分担方式不同，化学键可分为共价键、离子键、氢键、范德华键、金属键等几类。
共价键是指原子共用一对或多对电子形成化学键，该键的稳定性主要由原子间电子云的重叠程度决定。
离子键是电子转移形成的键，由于具有相互吸引的离子间的强电场，因此离子键稳定度较高，特别是在离子半径差异大，电荷差异大的情况下。
氢键是特殊的共价键，在分子中质子与孤对电子之间发生弱的电荷相互作用而形成。
范德华键是分子间的非共价键，由于大分子中的电荷极性引起孤对电子间的相互作用而形成。
金属键是由金属原子之间的电子云共享而形成的键，是金属性质的基础。
四、键能和化学键强度化学键的强度反映了键的稳定性和键能的大小。
化学键的价键理论与键级解析
化学键的价键理论与键级解析化学键是指原子之间由电子云的相互作用形成的强力，它是化学反应和化学物质性质的基础。
在化学键的形成过程中，存在着不同类型的键和不同的键级解析。
本文将着重介绍一些重要的化学键的价键理论以及其键级解析。
首先，我们要了解价键理论。
最早的价键理论是由路易斯于1916年提出的，即氢原子与卤素原子可以通过共用电子对形成化学键。
这一理论被称为路易斯电子轻点法。
在该理论中，原子的价电子以点的方式表示，原子通过电子的共用将原子结合在一起。
然而，这种理论只适用于描述一些简单的共价键。
接下来，我们介绍了瓦伦斯键理论。
瓦伦斯是在1938年提出的，他的理论弥补了路易斯理论的不足之处。
瓦伦斯认为共价键是由两个原子的原子轨道之间的重叠所形成的。
根据他的理论，电子密度最高的区域是共价键轴上的电子云。
瓦伦斯键理论解释了许多键型，如σ键和π键。
在瓦伦斯的理论基础上，有一种重要的化学键叫做极性共价键。
它是由于共价键中原子的电负性不同引起的。
电负性较大的原子吸引共用电子对的位置更强，导致电子云偏离中心。
因此，分子中会有部分正电荷和部分负电荷出现。
这种极性共价键将对分子的化学性质产生深远的影响。
另一种重要的化学键是离子键。
离子键形成于电子转移的过程中，其中一个原子会失去一个或多个电子，另一个原子则会获得所失去的电子。
这种电子转移会导致一个带正电荷的离子和一个带负电荷的离子形成。
离子键通常出现在金属和非金属之间，如金属离子和非金属原子之间的化合物。
另外，我们还要了解一种特殊的键，即氢键。
氢键相较于其他键有更弱的键能，但却具有很重要的作用。
氢键通常是由氢原子与带有高电负性的原子（如氮、氧或氟）形成的。
由于氢原子的正电荷和高电负性原子的负电荷相互作用，氢键在分子的稳定性和化学性质中起着重要的作用。
在分子化学中，有一个重要的概念叫做键级解析。
键级解析是用来描述化学键的强度的一个指标。
它是基于化学键中电子的分布和电子的紧密程度来定义的。
化学键理论
化学键理论简介化学键是指将两个或多个原子结合在一起的力，是构成分子和化合物的基本单位。
化学键理论旨在解释化学键形成的原因以及化学键的类型和性质。
本文将介绍几个常见的化学键理论。
1. 价键理论价键理论也称为路易斯理论，是由美国化学家吉尔伯特·路易斯于1916年提出的。
根据这个理论，化学键形成是由于原子之间的电子共享或电子转移。
在化学键中，原子通过共享或转移电子以实现稳定状态。
共价键的形成是通过电子共享形成的，而离子键的形成是通过电子转移形成的。
2. 电子云理论电子云理论也称为量子力学理论，是由奥地利物理学家艾尔温·薛定谔等人在20世纪初提出的。
根据这个理论，电子不能被简单地看作是粒子，而是存在于原子周围的一种云状结构，称为电子云。
在化学键中，电子云之间的重叠是化学键的形成基础。
共价键形成是由于两个原子的电子云的重叠，而离子键形成是由于正负电荷之间的吸引力。
3. 分子轨道理论分子轨道理论是由德国化学家恩斯特·赫尔曼·福克和罗伯特·桥·休伊特于20世纪初提出的。
根据这个理论，分子中的电子不再局限于原子轨道，而是存在于整个分子的分子轨道中。
分子轨道可以是成键轨道（高能级）或反键轨道（低能级）。
共价键的形成是通过成键轨道的重叠，而离子键的形成是通过成键轨道和反键轨道之间的重叠。
4. 杂化轨道理论杂化轨道理论是由美国化学家林纳斯·鲍林在20世纪初提出的。
根据这个理论，原子轨道在形成化学键时会重新组合成一组新的杂化轨道。
杂化轨道具有介于原子轨道之间的性质，可以更好地解释一些分子的形状和键角。
杂化轨道的形成是为了最大限度地重叠，以实现更强的化学键。
5. 价电子对斥力理论价电子对斥力理论也称为VSEPR理论，是由英国化学家罗纳德·吉尔斯彭尼克在1940年代提出的。
根据这个理论，化学键的形成是为了最小化价电子对之间的斥力。
分子的几何形状取决于周围的原子和非键电子对的排列方式。
7.3化学键理论
“He2 ” 中的分子轨道
两个 He 原子(电子组态为1s2 )相互接近时: 两个1s 原
子轨道组合得到一条 1s
和一条
1s
轨道，4
个电子恰好
填满 1s
和
1s
轨道,
分子的电子组态应为
2 1s
。2 成键电
1s
子数与反键电子数相等, 净结果是产生的吸引力与排斥力
相抵消, 即两个 He 原子间不形成共价键。
s–s ,s–p “头碰头形成” 分子轨道
不同原子轨道的线性组合（续）
不同原子轨道的线性组合（续）
p –d “肩并肩形成” 分子轨道
不同原子轨道的线性组合（续）
d –d “肩并肩形成” 分子轨道
H2 和 “He2 ” 中的分子轨道
两个H原子相互接近时, 由两条 1s 轨道组合得到能 级不同、在空间占据的区域亦不同的两条分子轨道。能 级 较 低 的 一 条 叫 成 键 分 子 轨 道 ( bonding molecular orbital), 能级较高的一条叫反键分子轨道(antibonding molecular orbital)。
键级=
成键分子轨道电子数
反键分子轨道电子数
2
20 2
1
（相当于共价单键）
2键. 级H2=+（1 氢2 0分子0.离5单子电）子键（HV2B[(无1S此)1说] 法）
3.He2 He 2 [( 1S )2 (1*S )2 ]
键级= 2 2 0 （不成键） 2
不能稳定存在
4. He2+
He2
(
1S
1.分子轨道的组成
（1）分子轨道由原子轨道线性组合（LCAO）而 成，且轨道数目守恒，即：分子轨道数目=参与 组成的原子轨道数目。
化学键理论的发展与应用
化学键理论的发展与应用化学键理论是现代化学的基石之一，它是描述分子中原子相互作用的一种理论。
化学键理论主要包括化学键的形成及特性、化学键的结构、化学键的分类等。
这些理论不仅在化学领域得到广泛应用，同时也是生物学、地球化学、材料科学等学科的理论基础。
一、化学键理论的发展历程早在18世纪初期。
英国化学家弗朗西斯科·雷达发表的《化学元素的各种组合形式》一书中，提出的元素间存在着一种"亲和力"，即化学亲和力的概念。
这为化学键理论的发展打下了基础。
19世纪初期，瑞典化学家贝尔塔·冯·鲁道夫·克劳修斯提出了“单价”的概念，并提出了元素之间的原子是以一定的比例结合在一起的，并将此比例称为化学价。
他还提出了“正价离子”和“负价离子”的概念，前者是指失去了一个或多个电子的离子，后者是指得到了一个或多个电子的离子。
这些概念为化学键理论的形成奠定了基础。
20世纪初期，美国化学家吉尔伯特·劳厄尔提出了“共价键”与“离子键”的概念。
共价键是指原子间共享电子而形成的键。
离子键是指原子通过电子的让与和接受形成的键。
该理论成为化学键理论的重要基础。
在20世纪50年代至60年代中期，晶体学和X-射线衍射技术的快速发展，加快了化学键理论的研究进程。
英国化学家劳埃德·布瑞格斯和肖恩·康纳利提出了“价键理论”，并发明了“畸变指数”来描述分子中的空间构型。
他们的理论主张，分子中原子的配位数以及常见的分子形成方式可以通过电子排布的方式合理解释，并且可用于研究分子的激发态和振动态等方面的问题。
二、化学键理论的应用1. 化学反应的解释化学键理论不仅可以解释化学反应中物质之间的相互作用，还能够描述反应所产生的化学物质之间的化学键类型和键能，因此是研究化学反应机制和物质转化过程的基础。
2. 分子结构的分析与计算化学键理论可以用于分析分子的立体结构和几何形状，并计算分子的能量状态和振动特性，以及分子中的键的长度和角度等。
化学键理论概述
离子具有 Ar 的电子构型，二者的平均波恩指数为 n = ( 7
+ 9 ) 2 = 8，NaCl 的 Madelung 常数为1.748，将这些数 据代入式（7－4）可以计算出 NaCl 的晶格能为 760
kJ· mol-1，与通过波恩－哈伯循环得到的计算值非常接近。
4 -1
离子键理论
4 -1 -1 离子键的形成
由活泼金属元素和活泼非金属元素组成的化合物如
NaCl，KCl，NaOH，CaO 等，在通常情况下，大多数是
结晶状的固体，具有较高的熔点和沸点，熔融状态时能够 为了说明这类化合物的原子之间相互作用的本质，1916 年，德国化学家 W. Kossel 根据大多数化合物具有稀有气 体稳定结构的事实，提出了离子键的概念。
晶格能不能用实验的方法直接测得，但是可以通过热
化学计算从有关的实验数据间接计算得出。第 3 章 3－2
节中的盖斯定律指出：一个化学反应可以分几步进行，反 应的热效应等于各分步反应热效应的总和。
根据这个定律，德国化学家 Born 和 Haber 建立了著 名的波恩－哈伯循环，用计算的方法来解决热化学问题。
还存在外层电子之间以及原子核之间的相互排斥作用。这 种排斥作用当 r 较大时可以忽略。
但当正负离子充分接近，r 极小时，这种排斥作用的 势能迅速增加。量子力学研究表明，这种排斥作用的势能
V排斥 是用指数形式表示的
V排斥＝Ae
与距离 r 的关系为 V = V吸引 + V排斥
r
(7－2)
式中 A 和ρ为常数。因此，正、负离子之间的总势能
型有关，CsCl、NaCl、ZnS (立方)晶格，A 依次为 1.763、
第七章 化学键理论概述
Bond Type
C-C
C=C
C≡C
C-N
C=N
Bond Lengths
ห้องสมุดไป่ตู้C≡N
Triple bond < Double Bond < Single Bond
Bond Length (pm)
154 133 120 143 138 116
键的极性
SO2
NO3
SO3
上述分子虽然含有单键和双键，但实验测得的键长 相等，且介于单、双键之间。
共振体的概念
为解释NO2, NO3, SO2, SO3等分子或离子中的 单键和双键的键长相等而且键长数值一般介于单、 双键键长之间的实验事实，19311933年Pauling提 出了共振体(resonance form) 的概念，即这些分子 或离子的真实结构实际上是两种或两种以上结构 式的共振体。
r0
n
NA--- 阿佛伽德罗常数
A --- 马德隆常数（与晶体中原子空间排列有关）
CsCl型晶体 A = 1.76267；NaCl型晶体 A = 1.74756
ZnS型晶体 A = 1.63806
n：波恩指数；0：真空介电常数 e：1个电子所带的电量；r：正负离子间距离
Z+, Z：电荷数
（b）由热化学数据进行计算
的半径，分别为133 pm 和132 pm。以此为基础，推算出一系列 的离子半径。rMg2+=dMgO-rO2-= 210-132 = 78 pm
1927 年，Pauling 把最外层电子到核的距离，定义为离子半径。并
利用有效核电荷等数据，求出一套离子半径数值，被称为
第七章 化学键理论概述
7.1.3 离子的特征 ◆离子的电荷 ——相应原子的得失电子数
电荷高，离子键强
◆离子的电子层构型
简单负离子的电子层构型一般具有稳定的 8 电子结构； 正离子的电子层构型大致有5 种： 2 电子构型：最外层为2 个电子；如
Li + , Be2+ (1s2 )
8 电子构型：最外层为8 个电子；如
Na+ , Mg 2+等 ns2np6 ) (
3）同一元素形成多种不同电荷离子时
r+随 荷↑而↓ 如 3+ < Fe2+ , Co3+ < Co2+ 电 Fe r−随 荷↑而↑ 电
4）负离子半径 > 原子半径；正离子半径 < 原子半径 5）周期表中相邻族左上方与右下方对角线上的正离子半 径相似
Li + Na+
Mg2+ Ca2+
7.1.4 离子晶体
（1）共价键的本质 ）
原子轨道重叠，核间电子概率密度大吸引原子核而成健，本质 上是电性的。
（2）成键原理 ）
●电子配对原理： 两原子接近时，自旋相反的未成对电子可以配对形成共 价键（形成条件） ●能量最低原理： 自旋相反的未成对电子配对成键后放出能量，使体系量降 低。放出能量越多，键越稳定。 ●原子轨道最大重叠原理： 原子轨道尽可能按最大程度重叠，轨道重叠越多，电子在 核间的几率密度越大，健越牢，分子越稳定。
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4.2.2.2
化学键理论
认为：基体树脂表面的活性官能团与增强体表面的官 能团能起化学反应。因此树脂基体与增强体之间形成化学 键的结合，界面的结合力是主价键力的作用。偶联剂正是 实现这种化学键结合的架桥剂。 成功之处：在偶联剂应用于玻璃纤维复合材料中得到很 好应用，也被界面研究的实验所证实。 偶联剂在界面所起的作用：用 Br2 破坏偶联剂双键，制 品强度下降。 局限性： a、聚合物不具备活性基团； b、不具备与树脂反应的基团。 总结：对于复合体系的界面现象和结构的解释，不能单 纯以一种化学偶联或单纯以一种物理化学现象来解释。 若润湿理论和化学键理论都存在时，认为化学偶联作 用应是主要的，然后提高浸润性，则效果最佳。
4、复合体系的界面结合特性
本章要点：
1、掌握复合材料界面的形成过程； 2 、掌握树脂基复合材料的润湿理论、化学键理论、 优先吸附理论、防水层理论，了解可逆水解理论和摩 擦理论； 3、重点掌握树脂基复合材料界面的破坏机理； 4、重点掌握复合材料界面的优化设计； 5、掌握界面分析技术。
4、复合体系的界面结合特性
4.2.2.4 防水层理论 提出背景：解释玻纤经偶联剂处理后，湿态强度大 大改善的现象。 认为：清洁的玻璃表面是亲水的，而经偶联剂处理 并覆盖的表面变成疏水表面，该表面可以防止水的侵蚀 ，从而改善复合材料湿态强度。 不足：理论与实际有出入。
4.2.2.5 可逆水解理论 亦称为可形变层理论、减轻界面局部应力理论。 认为：在玻璃纤维增强的复合材料中，偶联剂不是阻止 可以生成刚性较强的 Si－OH反应 水分进入界面，而是当有水存在时，偶联剂与水在玻璃表面 键与硅醇反应成原来 能力强于水 上竞争结合。 键、或键断裂后相对 1、产生排斥作用； 滑移，形成新键。 2、由于这种动态平衡，使界面上应力松弛； 3、这种键的形成－断裂－形成的动态结合状态使树脂 与增强体表面始终保持一定的粘合强度。
15、简述复合材料界面的形成过程。 16、解释润湿理论所包含的内容，并指出其成功之处与不 足之处。 17、解释化学键理论与优先吸附理论，并指出其成功之处 与不足之处。
4.3 非树脂基复合材料的基体及界面结构 4.3.1 晶态非树脂基基体的结构特性 对金属基及无机非金属基复合材料，界面往往是指增 强体与基体接触区间中化学成分有显著变化、彼此构成结 合、能传递载荷作用的区域。 4.3.1.1 晶格的周期性
这两个过程往往是连续的，有时几乎是同时进行的， 对于在固态下制备的非金属基或金属基复合材料，往往难 以区分这两个过程。
1、固化剂诱发树脂 4.2 树脂基复合材料的界面结构及界面理论 官能团反应固化 4.2.1 树脂基复合材料的界面结构 2、树脂本身官能团 热固性树脂基体的固化反应是如何进行的？ 进行反应固化。
本章将介绍复合材料的结合特性。 4.1 复合材料界面形成过程 复合材料中，增强体与基体间最终界面的获得，一般分 为两个阶段： 1、基体与增强体在一种组分为液态（或粘流态）时发生接触 或润湿的过程，或是两种组分在一定条件下均呈液态（或粘 流态）的分散、接触及润湿过程；也可以是两种固态组分在 分散情况下以一定的条件发生物理及化学变化形成结合并看 1、润湿过程； 作为一种特殊润湿过程。这种润湿过程是增强体与基体形成 2、固化过程。 紧密的接触而导致界面良好结合的必要条件。 2、液态（粘流态）组分的固化过程。要形成复合材料增强体 与基体间稳定的界面结合，不论是何种材料（金属、非金属、 聚合物）均必须通过物理或化学的固化过程（凝固或化学反 应固化）。
胶束（胶粒）：固化反应后，密度大的中心部位。 胶絮：固化反应后，密度小的中心部位。 树脂抑制层：在增强体表面形成的有序树脂胶束层。 结构：类似胶束的高密度区、类似胶絮的低密度区。 复合材料中界面区的作用使基体与增强体结合形成材料整 体，并实现外力场作用下的应力传递。 界面结构：Eg 环氧树脂的固化；增强体高表面能：内部致密层,外部松散层； 增强体低表面能：松散层； 连续纤维增强的树脂基复合材料：界面微观结构与非连续 纤维增强体一致。
（a） 简单立方体
（b） 简单单斜立方体
（c） 晶格原胞 （d） 二维Bravais格子 图4.3 晶胞结构
4.3.1.2
晶系 三斜晶系 单斜晶系
周期性
单胞基矢特性 a≠b≠c α ≠β ≠γ a≠b≠c a⊥b，a⊥c Bravais格子 简单三斜 简单单斜 底心单斜 简单正交 底心正交 体心正交 面心正交 三角 简单四方 体心四方 六角 记作bcp 备注
4.2.2.3 优先吸附理论 提出背景：解释化学键不能解释的现象。 当玻璃纤维被偶联剂覆盖后，偶联剂对树脂中的某些组 分“优先吸附”，这样，改变了树脂对玻璃表面的浸润性。 认为：界面上可能发生增强体表面优先吸附树脂中的某 些组分，这些组分与树脂有良好的相容性，可以大大改善树 脂对增强体的浸润；同时，由于优先吸附作用，在界面上可 以形成所谓的“柔性层”，此“柔性层”极可能是一种欠固 化的树脂层，它是“可塑的”，可以起到松弛界面上应力集 中的作用，故可以防止界面粘脱。
பைடு நூலகம்
4.2.2 树脂基复合材料的界面结合理论 4.2.2.1 润湿理论 指出：要使树脂对增强体紧密接触，就必须使树脂对增 强体表面很好地浸润。 前提条件：液态树脂的表面张力必须低于增强体的临界 表面张力。 结合方式：属于机械结合与润湿吸附。 优点：解释了增强体表面粗化、表面积增加有利于提高 注意：单纯以两者润湿好 与基体树脂界面结合力的事实。 坏来判定增强体与树脂的 不足：a、不能解释施用偶联剂后使树脂基复合材料界 粘结效果是不全面的。 面粘结强度提高的现象。 b、证明偶联剂在玻璃纤维/树脂界面上的偶联效 果一定有部分（或者是主要的）不是由界面的物理吸附所提 供，而是存在着更为本质的因素在起作用。
成功与局限：
1、对热固性树脂/玻璃纤维复合材料界面系统的结合机 理能很好地解释
2、对于柔性聚合物就不一样了。
4.2.2.6 摩擦理论 认为：树脂与增强体之间的粘结完全基于摩擦作用，增 强体与树脂之间的摩擦系数决定了复合材料的强度。偶联 剂的重要作用在于增加了树脂基体与增强体之间的摩擦系 数。
作业：