化学键理论简介-发展.doc

(完整word)化学键理论简介-发展化学键理论价键理论valence-bond theory，一种获得分子薛定谔方程近似解的处理方法。又称电子配对法。历史上最早发展起来的化学键理论.主要描述分子中的共价键和共价结合,其核心思想是电子配对形成定域化学键。杂化轨道理论(hybrid orbital theory)是1931年由莱纳斯鲍林（Pauling L）等人在价键理论的基础上提出的.虽然它实质上仍属于现代价键理论,但是它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。分子轨道理论（MO理论）是处理双原子分子及多原子分子结构的一种有效的近似方法，是化学键理论的重要内容。它与价键理论不同,后者着重于用原子轨道的重组杂化成键来理解化学，而前者则注重于分子轨道的认知，即认为分子中的电子围绕整个分子运动。1932年，美国化学家 Mulliken RS和德国化学家Hund F 提出了一种新的共价键理论分子轨道理论(molecular orbital theory），即MO法。该理论注意了分子的整体性，因此较好地说明了多原子分子的结构。目前，该理论在现代共价键理论中占有很重要的地位.晶体场理论是研究过渡族元素(络合物）化学键的理论。它在静电理论的基础上，结合量子力学和群论(研究物质对称的理论）的一些观点，来解释过渡族元素和镧系元素的物理和化学性质，着重研究配位体对中心离子的d轨道和f轨道的影响。配位场理论是晶体场理论的发展,它的实质是配位化合物的分子轨道理论.在处理配位体所产生的电场作用下的中心金属原子轨道能级变化时，以分子轨道理论方法为主，采用类似的原子轨道线性组合等数学方法，根据配位体场的对称性进行简化,并吸收晶体场理论的成果，阐明配位化合物的结构和性质。（有三种理论用于说明和解释配合物的结构和性能：价键理论、晶体场理论和分子轨道理论。）化学键理论的发展世界上元素只有100 多种，但目前已知化合物已超过1 000 万种了。元素是怎样形成化合物的，这是化学家共同关心的问题。 最早化学家假设原子和原子之间是用一个神秘的钩钩住的,这种设想至今仍留下痕迹，化学键的“键”字就有钩的意思. 1916年，德国科学家柯塞尔考察大量的事实后得出结论：任何元素的原子都要使最外层满足8 电子稳定结构。柯塞尔的理论能解释许多离子化合物的形成,但无法解释非离子型化合物。1923 年，美国化学家路易斯发展了柯塞尔的理论，提出共价键的电子理论：两种元素的原子可以相互共用一对或多对电子，以便达到稀有气体原子的电子结构,这样形成的化学健叫做共价健. 柯塞尔和路易斯的理论常叫原子价电子理论.它只能定性地描述分子的形成，化学家更需要对化学键做定量阐述。 1927 年，海特勒和伦敦用量子力学处理氢分子，用近似方法计算出氢分子体系的波函数和能量获得成功，这是用量子力学解决共价键问题的首例。1930 年，鲍林更提出原子成键的杂化理论（杂化轨道理论)。1932 年,洪德把单键、多键分成和键两类。健是指在沿着连接两个原子核的直线(对称轴)上电子云有最大重叠的共价键,这种键比较稳定。键是指沿电子云垂直于这条直线方向上结合而成的键,这种键比较活泼.这就使价键理论进一步系统化,使经典的化合价和化学键有机地结合在一起了。 由于上述的价键理论对共扼分子、氧气分子的顺磁性等事实不能有效解释,因此本世纪30 年代后又产生一种新的理论分子轨道理论. 分子轨道理论在1932 年首先由美国化学家马利肯提出.他用的方法跟经典化学相距很远，一时不被化学界接受,后经密立根、洪德、休克尔、伦纳德等人努力，使分子轨道理论得到充实和完善.它把分子看作一个整体,原子化合成分子时,由原子轨道组合成分子轨道，原子的电子属于分子整体。分子轨道就是电子云占据的空间，它们可相互重叠成键。20 世纪30 年代后，美国化学家詹姆斯又使分子轨道理论计算程序化，能方便地用计算机处理,这便使分子轨道理论价值大大提高接着美国化学家伍德沃德、霍夫曼发现分子轨道对称守恒原理和福田谦一等创立前沿轨道理论,使分子轨道理论大大地向前推进一步. 现代化学键理论已不只对若干化学现象作解释，而且已指导应用，如在寻找半导体材料、抗癌药物等方面起着关键性的作用。同时在20 世纪90 年代，现代价键理论已进入生命微观世界,从理论上认识酶、蛋白质、核酸等生命物质，从而进一步揭开生命的秘密。此外,近年来现代价键理论向动态发展，如化学反应进行中电子的变化情况，如何定量描述等. 总之，化学家时化学键的认识，从定性到定量，从简单到复杂，可以说是步步深入，估计本世纪中叶还有新的突破。