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词条 价键结构式
释义 jiajian jiegoushi
价键结构式(卷名:化学)
valence-bond structural formulas

   用来描述分子中共价键形象的图示,表示方法为在组成分子的一对原子之间画一短线表示一个电子对键。例如甲烷分子的结构式写成左式Ⅰ。式Ⅱ表示CH4分子不是平面的,这样的结构式适合于描写定域键。当分子中离域化比较显著时,这种描述就遇到了困难,典型例子就是苯分子。
  苯的化学组成很简单,为C6H6,但是长期以来,化学家一直写不出一个适当的、完美的价键结构式来描述它。即使按照F.A.凯库勒的想法,苯分子中双键来回振荡于两个凯库勒结构之间(见),也不能解释为什么苯不与不饱和试剂发生加成作用。直到量子力学出现,苯分子结构才得到解决。


  苯分子有六个碳-碳σ定域键和六个碳-氢σ键。把它们视做固定的实,每个碳原子有一个 2pz轨道(称π 轨道),这种只处理 π电子的方法称 π电子模型。每一对相邻碳原子生成一个(π 电子)定域键,存在两种成键方式(图b)。这两种结构就是通常所谓的凯库勒结构(图bⅠ和Ⅱ)。两种结构的价键波函数可以写成:
ψI=(1,2)(3,4)(5,6)


ψ=(2,3)(4,5)(6,1)

这里(1,2)=[2pz1(1)2pz2(2)+2pz2(1)2pz1(2)],其余类似。 如果键 C1-C2、C3-C4、C5-C6比C2-C3、C4-C5、C6-C1的键长短些,则结构(Ⅰ)比结构(Ⅱ)稳定(见)。但是实验上已知苯中碳-碳键长都相等(1.397埃), 所以上述两种结构的电子能量相等,称两种结构为“等价结构”。两种结构的共振杂化体的归一化波函数是:
ψN(ψI+ψ)

由此算出的能量比按照任何一个凯库勒结构所算出的能量都低,共振能等于共振杂化体与一个凯库勒结构能量之差。用QJ分别表示苯分子中一对相邻碳原子的库仑积分和交换积分,则两种凯库勒结构的π电子能量可写成:
EIE=6Q+1.5J

函数N(ψI+ψ)的π电子能量为:
EI+=6Q+2.4J

共振能Er为:
Er=ΔEEI+-EI=0.9J

如果分子波函数中再包括三个杜瓦结构的贡献:
     

计算的π电子能量为:
E=6Q+2.6J

共振能为:Er=1.1J即杜瓦结构贡献较小。
  通常忽略杜瓦结构,用贡献较大的两种凯库勒结构式中间加一双头箭号凮表示,即将苯分子的真实结构写成下式:
       


  通常的价键结构式只有在下述条件下才有意义,即它所表示的共振结构贡献最大,其他共振结构贡献可以忽略,例如二氧化碳分子的结构式可写成O=C=O。
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更新时间:2025/1/11 19:35:36