化學鍵斷裂與形成的本質是什麼?

時間 2021-12-28 23:12:19

1樓:

本質是電磁相互作用的結果,即庫倫力。

以H2+,氫分子離子為例,兩個原子核本來是互相排斥的,但是有了乙個電子,這個電子和兩個原子核都有吸引力,那麼整個三體體系的最穩定狀態顯然是電子在兩個原子核中間,而整個體系形成乙個整體(看上去像是乙個電子把兩個原子核拉在一起了,微觀版的崔鶯鶯、紅娘和張生)。運用簡單的電磁學也能得到答案(江元生,結構化學;當然這個思路如此精闢肯定是抄的,抄的是理論化學大家Coulson的一本書,2023年代有中文版)。以量子力學的眼光來看,電子顯然是以較大概率分布在兩原子核之間;化學家看來就是,在兩原子核之間形成了化學鍵,連線起來兩個原子核。

詳細的計算至少需要使用Bohr的量子論(Bohr-Sommerfeld量子化),即假設:電子在兩個原子核之間的運動是某種軌道運動;而這種軌道運動只能取某些特殊的軌道半徑。

這種半經典模型的數值計算結果,與實驗符合的出奇的好。請參考量子光學專家M. O. Scully的一篇PRL和一篇PNAS。

更詳細的計算固然能給我們更多知識,但是容易使人忽略化學鍵的本質。什麼對稱性匹配最大重疊能量相近,是乙個人不做量子力學計算就能看出來的麼?反過來想,如果能詳細計算了,什麼對稱性分析也就不需要了。

所以如果純使用化學計算軟體的話,根本不需要深入學習群論以及做對稱性分析,因為軟體裡已經報告給使用者結論了(當然沒有基礎知識的話還看不懂這些結果,但至少不再需要自己尋找分子所屬的點群、不用自己手算做特徵標的正交化分解了。我才不會告訴你我當年自己用手算驗證過)。當然,如果要做真正的科學研究,一切都是必須的。

比如我自己曾經跟同事發表過一篇文章,用CCSD(T)計算的原子結構,換上最適合的DFT泛函與基組(Truhlar開發的專門用於做population分析的泛函),運用NBO、AIM等多種技術,給出了乙個三電子化學鍵成鍵的清晰物理影象。

2樓:

還有作為學長我認為如果為了懂得更多,先搞會物理吧,直接胸口碎大石是基本不能成功的。

恕我直言,這種東西請開啟選修三,物質的結構。如果看不懂那我只能說:不(能)自(學)量(子)力(學)了

3樓:SirPsj

化學鍵的斷裂與生成

實際就是

電子的重新分布

任何乙個化學反應都會涉及電子的流動

如果電子流動這種趨勢很強我們就說他發生了氧化還原反應認為它的形式氧化值發生了變化

至於能量的一些變化

形象來說可以認為斷鍵的時候兩個原子或者基團完全分開可以理解為要「燒斷」化學鍵消耗了能量生成化學鍵顯然相反即釋放能量

當然實際上這種理解是不準確的

因為化學鍵就是物質間的相互作用是電子軌道的一種重疊形成化學鍵時電子處於成鍵軌道斷裂時處於反鍵軌道反鍵軌道和成鍵軌道在原子物理(或者更深入量子力學)上看反鍵軌道的能量更高所以化學鍵斷裂時需要從成鍵軌道躍遷至反鍵軌道也就是從能量低的地方跳到了能量高的地方消耗了能量反之生成化學鍵從能量高的地方落回能量低的地方釋放了能量(如果沒學原子物理等等可以參考模擬這個:電子在原子核周圍運動離核越近收到束縛力越強所以穩定穩定就是能量低反之離核遠的地方能量高不穩定)

如有問題請批評指正

4樓:

在某些條件下,兩團電子雲的重疊可以降低體系能量,形成化學鍵。

打個非常簡化的比方,你把描述兩團電子雲的波函式想象成兩個一維的機械波,如果這兩個波的頻率和相位都相同的話,重疊在一起可以得到更大的振幅,換言之,電子出現在這些位置的概率更高,而我們把電子雲密度高的地方定義為化學鍵,所以在這種情況下化學鍵會形成。

斷裂的話同理,因為斷裂後形成新的化學鍵所處的勢能點更低,所以熱力學上會存在斷裂的傾向,如果動力學條件滿足則會發生反應。

5樓:張超群

說通俗的就是電磁相互作用的電勢能變了,實際要牽扯到量子力學,很慚愧這學期在學還不是很清楚。

我在上大學物理的時候接觸到乙個觀點,就是化學反應其實是質量不守恆的,而那些質量變化就帶來了能量差。雖然看起來很合理,可是我也不知道怎麼把這個和其他理論自恰起來。供各位參考。

6樓:return-1

要是為了裝X或者追求世界的本質,那麼請參照其他答案或者自己擼一下大學物理和大學化學。

要是為了有乙個基本的認識,那麼化學鍵是電子的共用,公用的電子使原子結合形成分子,所以把公用這個現象稱為鍵。這個世界還有乙個特徵是能量高的活躍,不穩定,能量低的不活躍,穩定。原子結合成分子,出現電子公用現象,形成化學鍵的時候是變得穩定的,是要釋放能量的。

斷裂化學鍵是把穩定的分子變成不穩定的原子,是要吸收能量的。所謂舊化學鍵形成新化學鍵是原有的化學鍵吸收能量斷裂,釋放能量重組成新的化學鍵,如果這個過程裡釋放的能量比吸收的多,分子本身能量更低,分子就更穩定。電子的得失偏移是區分共價鍵和離子鍵的,偏移嚴重了就成得失了,偏移的電子還能把原子連在一起維持分子狀態,完全被一方搶走的電子不能把原子連在一起,在一定情況下原子就會分開,因為正負電不平衡我們叫它離子。

科學是一種經驗,是對本質的不斷探索,至於本質,人類還沒掌握到,所以這些理論只能叫做描述,解釋,定理,而不是真理。

7樓:

以下答案僅考慮高一理論體系

體系能量最低(不考慮熵的情況下[高二就學了])解釋第一問。

就像高處的東西傾向於向下落,並放出重力勢能一樣,高能化學鍵傾向於斷裂並重新排布形成低能化學鍵,能量差被放出(以內能[燃燒]或電能[電池])。不同的是化學反應還要考慮熵,人教版參看選修四。

過渡態解釋第二問。

用[電子]的角度看存在得失偏移。選修五會了解到實際上是[電子雲]的疊加狀態改變。大學化學會學習到和[波函式]的疊加(或線性組合)有關

至於本質的解釋這個過程。以高一的知識無法做到[本質]的解釋,需要量子力學知識從微觀角度解釋。高一只能[近似]用電子得失和電子雲搭配共價鍵離子鍵的形成解釋。

最後,掌握乙個知識點並不需要[本質]的了解,站在五層樓打不開第七層樓的房門,但是並不影響我們用近似的簡單結論解決大部分問題(繼續向上爬)。

8樓:湯川

化學鍵斷裂與形成的本質。我不是這方面專業,也就有個本科化學水平,但是從題主身上看到了自己的影子,實在是很勉強回答一下,回答的內容並不嚴謹專業,權當拋磚引玉。

高中生,應該有電磁的概念了,電場和磁場可以相互轉化,相信你不就就會學到,切割磁感線可以產生電流,而閉路電流可以產生磁場,這也就是發電機發電的原理。化學鍵,本質是電子之間的相互作用,世界上的相互作用力本質就四種,強相互作用,弱相互作用,電磁相互作用,引力。強相互作用,弱相互作用都是原子核之間比較常用,化學鍵成鍵的強度顯然不是引力,自然就是電磁相互作用。

以電子和原子核的關係,類似於太陽和地球,地球除了公轉還有自轉,電子除了圍繞原子核轉動,本身還有自旋,分別對應電子的角動量和自旋角動量。電子按照一定的方向運動,形成的電場之間,以電磁作用力的方式相互作用,就是成鍵的本質。進一步的知識需要一些量子力學的基礎。

有一些理論可以讓你很快速入門,但是因為沒有量子力學支援而難以深入,你可以優先考慮,例如路易斯理論(lewis theory),價層電子對互斥理論(valence shell electron pair repulsion),在我看來這些都是一本正經胡說八道的典範(劃掉),這些都是遠古先賢們的智慧型結晶。這些理論隱約感覺到,原子分子中電子,在某個數量的時候最穩定,多乙個不行,少乙個也不行,可以是2個,也可以是8個,被稱為「八耦體規則」,這其實對應了量子力學中,原子電子不同能級中可以存在電子的上限。

價鍵理論(valence bond theory),使用了量子力學的方法,分析氫分子的成鍵。量子力學中有乙個算符的概念,算符本身是某個物理量表達形式的簡稱,用算符乘以(不符合乘法交換律)體系,就能得到對應本徵值乘以體系。舉個例子,我們目前雖然不知道體系的動量是多少,用乙個公式去表達一下,是為算符。

以單電子原子的 Schrdinger 方程為例,這個方程,意思就是

(動能公式+勢能公式)作用在體系上=體系能量*體系

這個方程厲害的地方在於,我們用能量算符去作用在體系上,結果最後解出來的是體系本身。。。通過邊界條件,我們可以得知波函式的具體形式。

這個波函式的平方,物理意義是電子在空間中的概率密度。對於氫分子,若基態分子中,兩個核之間的電子概率密度增加,降低了體系的能量,我們就稱之為成鍵。若兩個核之間的電子雲概率密度減少,體系能量增加,我們就稱之為反鍵。

共價鍵本質是電性的,共價鍵的結合就是兩個原子核通過之間共用電子,導致電子對形成負點區域的吸引力。

9樓:何政達

化學鍵的斷裂與形成都牽扯到電子雲的變化。更本質來說是電子所在分子軌道發生變化。由於原子軌道形成分子軌道時會發生能量的變化。因此化學鍵的生成與斷裂也伴隨著能量變化。

具體可以參考鮑林的《化學鍵的本質》,另外還要懂一些量子力學的知識。

10樓:暮月

根據化學選修三與物理選修3-5(皆為人教版)採用的電子雲理論,共價鍵的形成是原子之間電子雲重疊形成新的電子雲

而離子鍵是陰陽離子間的電磁相互作用,金屬鍵是金屬離子和核外電子間的電磁相互作用

這樣看的話,

更加系統、完善的解釋就要等更強的人來回答了

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