化学键理论

[拼音]：huaxuejian lilun

[外文]：chemical bonding theories

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。

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。氢键在生理学和蛋白质结构化学上具有重要的意义。

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。1852年，英国化学家E.弗兰克兰(1825～1899)提出了原子价概念。1857年，德国化学家F.A.凯库勒(1829～1896)提出碳四价和碳链的概念；1865年，他又揭示出苯的环状结构。1874年，荷兰化学家J.H.范霍夫（1852～1911）等提出了碳原子的四个价键向正四面体顶点取向的假说。这是有机化合物的结构理论。

20世纪20年代，在N.H.D.玻尔的原子结构理论的基础上，对价键的实质有了新的认识，形成了原子价的电子理论。该理论包括离子键理论和共价键理论。离子键理论是1916年由美国化学家W.科塞尔(1888～1956)提出的。同年，G.N.刘易斯（1875～1946）提出共价键理论。但这个理论不能解释共价键的方向性、氧分子的顺磁性等，也无法解释两个原子为什么共享一对电子时能相互结合。1927年，W.H.海特勤（1904～　　）和F.伦敦（1900～1954）提出氢分子成键理论。该理论认为两个氢原子结合成一个氢分子由于电子密度的分布集中在两个原子核之间而形成化学键。现代价键理论是将这一成果推广到其他分子体系而形成的。它认为共价键由一对自旋反平行的耦合电子组成，并根据原子轨道最大重叠原理，认为分子中的电子只处于与化学键相连接的两个原子之间的区域内。L.鲍林进而提出共振论对此作了补充。该理论认为分子在若干价键结构间共振。1928年，美国化学家R.S.穆利肯(1896～　　)和F.洪德(1896～　　)等人提出分子轨道理论，将分子看作一个整体，认为形成化学键的电子在整个分子区域内一定的分子轨道上运动。现代化学键理论是在量子力学的基础上形成的，它使电价理论不能解释的问题获得满意的解释。这种理论目前还在进一步发展中。

化学键理论的建立和发展，日益揭示出关于原子或原子团结合形成分子的机理，大大丰富了人类对原子－分子层次上的物质组成和物质结构的知识，加深了人们对物质及其运动规律的认识。它的研究成果已被用来指导探索新化学反应和合成具有特殊性能的新材料。在这方面的一个突出的事例是20世纪70年代初，科学家们根据化学键和键能关系的考虑，按照预定的设想，成功地合成了第一个惰气化合物──六氟铂酸氙。这一成功不但表明了人类对物质结构及其性质认识的深化，也打破了统治化学界长达70年之久的惰气不能参加化学反应的形而上学观念。