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共价键按成键方式分类介绍

2022.9.16

  一、σ键(sigma bond)

  由两个原子轨道沿轨道对称轴方向相互重叠导致电子在核间出现概率增大而形成的共价键,叫做σ键,可以简记为“头碰头”σ键属于定域键,它可以是一般共价键,也可以是配位共价键。一般的单键都是σ键。原子轨道发生杂化后形成的共价键也是σ键。由于σ键是沿轨道对称轴方向形成的,轨道间重叠程度大,所以,通常σ键的键能比较大,不易断裂,而且,由于有效重叠只有一次,所以两个原子间至多只能形成一条σ键。

  二、π键(pi bond)

  成键原子的未杂化p轨道,通过平行、侧面重叠而形成的共价键,叫做π键,可简记为“肩并肩”π键与σ键不同,它的成键轨道必须是未成对的p轨道。π键性质各异,有两中心,两电子的定域键,也可以是共轭Π键和反馈Π键。两个原子间可以形成最多2条π键,例如,碳碳双键中,存在一条σ键,一条π键,而碳碳三键中,存在一条σ键,两条π键。

  π键中的π电子可以吸收紫外线并被激发,所以,含有π键的化合物有抵御紫外线的功能,防晒霜正是利用了这个原理防护紫外线对人的伤害。共轭π键具有特殊的稳定性,例如苯环中存在6中心6电子的大π键,显现出芳香性,不易发生加成和氧化反应,而易发生亲电取代,与苯环有类似键型的化合物包括部分杂环化合物、稠环烃和其他烃类,化学家埃里希·休克尔通过分子轨道计算得出了环烯烃芳香性判定的休克尔规则(亦名4n+2规则),其它常见的非苯芳烃包括薁、[18]轮烯等;而石墨的每一层都有一个无穷大的π键,电子在这个超大π键中可以自由移动,类似于金属键,这也是石墨可以横向导电的原因。

  三、δ键(delta bond)

  由两个d轨道四重交盖而形成的共价键称为δ键,可简记为“面对面”(见图9)。

  δ键只有两个节面(电子云密度为零的平面)。从键轴看去,δ键的轨道对称性与d轨道的没有区别,而希腊字母δ也正来源于d轨道。

  δ键常出现在有机金属化合物中,尤其是钌、钼和铼所形成的化合物。通常所说的“四重键”指的就是一个σ键、两个π键和一个δ键。

  以上三种化学键经过组合,可以形成各种不同的键型,例如,一个σ键和两个π键可以组成一个三键,但有证据表明双原子间的共价键最多不能超过六条。

  共价键是电子云的重叠,所以共价键最本质的分类方式就是它们的重叠方式。现在已知有3种重叠方式,分别称作:

  σ键π键δ键在有机化合物中,通常把共价键以其共用的电子对数分为单键、双键以及三键。单键是一根σ键;双键和三键都含一根σ键,其余1根或2根是π键。

  但无机化合物不用此法。原因是,无机化合物中经常出现的共轭体系(离域π键)使得某两个原子之间共用的电子对数很难确定,因此无机物中常取平均键级,作为键能的粗略标准。

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