课程：混合式教学模式理论与实践（理）
第二节 共
价 键
导入课程：在上节课的学习中我们从“阴阳离子的静电作用力”这个角度学习了离子键的相关内容，这节课我们换个角度从“原子轨道的重叠”所形成的作用力来认识另外一种化学键，也就是共价键。人们对共价键的认识，直到上世纪30年代引入杂化轨道理论后才变得比较成熟，关于共价键，它涉及到的相关概念、理论有哪些呢？这是今天这节课我们需要掌握和研究的内容。
一、价键理论
（一）共价键的形成
现代价键理论是从研究氢分子（H2）发展起来的。
当两个H原子的电子自旋方向相反而相互接近时，两个氢原子的1s轨道发生重叠，使得两个原子核间电子云密集，形成稳定的H2分子，如图2-1所示。
（二）价键理论
价键理论又称电子配对法，其基本要点如下：
1.具有自旋相反的成单电子的原子相互接近时，原子轨道重叠，核间电子云密度增大，形成稳定的化学键。一个原子有几个未成对的电子，就能与几个自旋相反的电子配对成键（电子配对原理）。
2.形成共价键的原子轨道重叠越多，核间的电子云密度越大，形成的共价键越牢固。因此，原子轨道尽可能采取最大的重叠方向形成共价键（最大重叠原理）。
（三）共价键的类型
共价键形成时，根据成键原子轨道重叠方式的不同，可分为σ键和π键。
1. σ键 两个原子的原子轨道沿键轴（两原子核间连线）方向以“头碰头”方式进行重叠，形成的共价键称为σ键。
2. π键 成键两原子轨道沿键轴（x轴）接近时，相互平行的py-py、pz-pz轨道，则只能以“肩并肩”方式进行重叠，由此形成的共价键称为π键。例如，当两个N原子结合成N2分子时，两个N原子的2px轨道沿x轴方向“头碰头”重叠形成一个σ键，而两个N原子的2py-2py，2pz-2pz只能以“肩并肩”的方式重叠，形成两个π键，所以N2分子中有一个σ键，两个π键，其分子结构式可用N≡N表示。
综上所述，σ键的特点是：两个成键原子轨道沿键轴方向以“头碰头”方式重叠；原子轨道重叠部分沿键轴呈圆柱形对称；由于成键轨道在轴向上最大程度重叠，故σ键较稳定。
π键的特点是：两个原子轨道以“肩并肩”方式重叠；轨道重叠部分对一个通过键轴的平面呈镜面反对称；π键轨道重叠程度较σ键的小，故π键不如σ键稳定。所以，原子轨道重叠形成共价键时，首先选择以“头碰头”最大程度重叠产生σ键，其次进行“肩并肩”侧面重叠形成π键。σ键可以单独存在，但π键不能单独存在，只能和σ键共存于双键或三键中。
（四）配位键
此外还有一类共价键，是由成键的两个原子中的一个原子单独提供一对电子进入另一个原子的空轨道共用而成键，这种共价键称为配位共价键，简称配位键。配位键通常以一个指向接受电子对的原子的箭头→表示。配位键的形成必须满足两个条件：
1.
提供共用电子对的原子其价电子层有孤对电子；
2.
接受共用电子对的原子其价电子层有空轨道。
（五）共价键的特点
价键理论的基本要点决定了共价键具有以下两个特性。
1.共价键的饱和性 自旋方向相反的两个电子配对形成共价键后，就不能与其它原子中的单电子配对。所以，原子能够形成共价键的数目受原子中未成对电子数目的限制，这就决定了共价键具有饱和性。例如，氢原子中只有一个未成对电子，只能形成一个共价键。稀有气体原子没有未成对电子，原子间不能成键，常以单原子的形式存在。
2.共价键的方向性 也即原子轨道最大重叠原理。共价键形成时，成键电子的原子轨道重叠程度越大，共价键越稳定。故原子间成键时要实现原子轨道间最大程度的重叠。原子轨道中，除了s轨道无方向性外，其它如p、d等轨道都有一定的空间取向。它们在成键时只有沿一定的方向靠近，才能达到最大程度的重叠，所以共价键有方向性。
