9、2、3、共价键的键型
    1、 键和 键
    由于原子轨道的形状不同，它们可以以不同方式重叠。根据重叠方式的不同，共价键可分为 键和 键。
    原子轨道沿核间连线进行同号重叠所形成的共价键叫做 键。 键的特点是重叠部分集中于两核之间，通过并对称与键轴，即沿键轴旋转时其重叠程度及符号不变。形成 键的电子称为 电子。可形成 键的轨道有 等，见图9-4。例如， 键、 键、 键、均为 键。
    原子轨道垂直于两核连线，并相互平行而进行同号重叠所形成的共价键叫 键。 键重叠部分在键轴的两侧并对称于与键轴垂直的平面。见图9-4。例如N原子的价电子构型为 ，3个未成对的2 电子分布在三个互相垂直的 原子轨道上。当两个N原子沿 方向接近形成N2分子时，两个 形成 键，而2个N原子垂直与 的 ， 轨道，只能在核间联线两侧形成两个互相垂直的 键，如图9-5所示。
    通常，如果原子之间只有1对电子，形成的共价键是单键，通常总是 键；如果原子间的共价键是双键，由一个 键一个 键组成；如果是叁键，则由一个 键和两个 键组成。
    2、配位键
    共价键中共用的两个电子由两个原子分别提供，但也可以由一个原子单独提供一对电子，由两个原子共用。凡共用的一对电子由一个原子单独提供的共价键叫做配位共价键键，简称配位键。在配位键中，提供电子对的原子称为电子给予体；接受电子对的原子称为电子接受体。配位键用符号“→”表示，箭头指向电子接受体。如CO分子中，碳原子的两个未成对的 电子可与O原子的两个未成对 形成两个共价键，除此之外，O原子的一对已成对的 电子还可与C原子的一个 空轨道形成一个配位键，其结构式可 写为：      。
    配位键的形成必须具备如下条件：电子给予体的价电子层有孤对电子；电子接受体的价电子层有空轨道。
    配位键是共价键的一种，也具有方向性和饱和性的特征。很多无机化合物的分子或离子都有配位键，如NH4 ，，HBF4，  SO42- 等。有人认为硫酸分子和硝酸分子的结构中也有配位键：         。
    有一些重要的天然物质如血红素、叶绿素的分子里都有配位键。一些有机合成的催化反应的研究也应用了配位键理论。
    
    §9、2、杂化轨道理论
    
    为了解释多原子分子的几何构型，即分子中各原子在空间的分布情况，1931年L鲍林提出了杂化轨道理论，在推动价键理论的发展方面取得了突破性的成就。
    9、3、1、杂化轨道的概念
    C原子的电子分布是 ，仅有2个未成对的 价电子，但事实上甲烷分子却为CH4，四个C-H键性质相同，键角为 ，分子空间构型为正四面体；而O原子的2个未成对价电子分布在互相垂直的 轨道中，与H结合形成的H2O分子，呈V型，键角为 ，而不是 ；N原子的3个未成对价电子分布在互相垂直的 轨道中，与H 结合形成的NH3分子，键角为 ，呈三角锥形。所有这些只有用杂化轨道理论，才能做出圆满解释。
    原子在形成分子的过程中，将若干不同类型能量相近的原子轨道混合成一组新的原子轨道的过程叫做杂化，所形成的新轨道叫做杂化轨道。
    杂化轨道的特性：
    ●只有能量相近的轨道才能杂化；
    ●杂化轨道成键能力大于未杂化轨道；
    ●杂化前后轨道数目不变；
    ●杂化后轨伸展方向和形状发生改变。
    9、3、2、s-p型杂化与分子构型
    1、sp 3杂化
    由同一原子的1个 轨道和3个 轨道发生的杂化称为sp 3杂化。每个杂化轨道含 轨道成分和 轨道成分。例如，在CH4分子形成过程中，基态C原子价电子层的1个 电子被激发到 能级的空轨道中，随之与三个 轨道发生杂化，形成4个等价的sp 3杂化轨道，每个sp 3杂化轨道各含有1个未成对电子。即：
    如图9-7（ ）所示，sp 3杂化轨道，形状一头大、一头小，大头分别指向正四面体的四个顶点，轨道夹角为 。每个杂化轨道较大的一端各与1个H原子的 轨道发生“头碰头”重叠，形成了正四面体构形的CH4分子，见图9-6。再如：CH4 、CCl4 、NH 4 、CH3Cl、NH3 、H2O等分子的中心原子均采取了sp 3杂化方式与配位原子成键。
    2、sp 2杂化
    由同一原子的1个 轨道和2个 轨道发生的杂化称为sp 2杂化。每个杂化轨道含 轨道成分和 轨道成分。sp 2杂化轨道的形状也表现出一头大、一头小，形状与sp 3杂化轨道大致相似。sp 2杂化轨道间夹角为 ，空间构型为平面三角形。例如，BF3分子中，中心原子B的杂化。
    B原子的3个sp 2杂化轨道各与1个F原子的 轨道进行“头碰头”同号重叠，形成平面三角形的BF3分子，见图9-8。
    再如，BCl 3、CO32–、NO 3–、H2C=O、SO 3等的中心原子均采取了sp 2杂化方式与配位原子成键。
    应用sp 2杂化轨道的概念也可说明乙烯H 2 C=CH 2和甲醛H 2 C=O ：等分子的的空间构型。在乙烯分子中，2个C原子和4个H原子处于同一平面上，每个C原子用3个sp 2杂化轨道分别与2个H原子及另一个C原子成键，而2个C原子各有一个未杂化的 轨道相互重叠形成1个 键，所以H 2 C=CH 2分子的C=C双键中一个是sp 2 -sp 2 ，另一个是  键。
    （3）sp 杂化
    由同一原子的1个 轨道和1个 轨道发生的杂化称为sp 杂化。每个杂化轨道含 轨道成分和 轨道成分。两个杂化轨道在空间伸展方向呈直线型，夹角为 。例如， 分子中，中心原子 的杂化。
    sp 杂化伸展方向和 分子空间构型见图9-9，9-10。
    应用sp 杂化轨道理论说明CO2和乙炔分子的空间构型。根据实验测定，CO2分子中的3个原子成一直线，C原子居中。为了说明CO2分子的这一构型，一般认为C原子的外层电子 在成键时经激发，并发生sp杂化，形成2个sp杂化轨道：
    另两个未参与杂化的 轨道仍保持原状，并与sp杂化轨道相互垂直。碳原子的2个2p轨道上的电子分别与两个氧原子剩下的未成对2p电子形成π 键（图9-11）。乙炔分子（C2H2）分子中，每个C原子用2个sp杂化轨道分别与1个H原子及相邻的C原子成键，而未杂化的2个 轨道相互形成π 键，所以C2H2分子中的C=C三键是由一个 键，两个π 键所组成。
    见表9-1杂化轨道与分子的空间构型。
    3、不等性杂化
    上述各杂化方式形成的杂化轨道，其形状、能量完全相同，称为等性杂化轨道。但NH3分子中，N原子形成的sp3杂化时参与杂化的1个 轨道和3个 轨道中，有一对孤对电子，这种孤对电子参与形成的杂化轨道（图9-15、9-16），其能量不完全等同（孤对电子所占据的杂化轨道 成分略多），称为不等性杂化轨道。由于孤对电子占据的一个sp3杂化轨道不参与成键，电子云离核较近，对其余两个成键轨道施以同电相斥作用，使键角（∠HNH）有 缩小至 ，因此NH3分子呈三角锥形，见图9-15。
    原子在以杂化轨道形成分子时，虽然激发过程能使分子系统的能量有所增高，但由此而形成的分子中具有杂化轨道重叠较多的共价键，且它们在空间的相互排斥作用又较小，这些因素都使分子系统能量降低，足以补偿激发所引起的能量升高而有余。