第九章 化合物分子的形成機理
在批判了以量子力學的電子雲理論爲基礎的共價鍵理論之後，我們就按宇丹質論爲基礎的共價鍵理論來建構化合物分子。
必須指出，這兩種理論是迥然不同的，其根本區別在於：
電子雲理論是靜觀的、死板的、不確定的、違反洪特規則和原子不可壓縮性的分子建構理論。按照這種理論建構的分子，無論是用電子配對理論，雜化軌道理論還是分子軌道理論建構的分子，皆無分子的電子軌道可言。也就是說按這些理論建構的分子皆是裸體的。這些裸體分子中的原子就會與其周圍多個別的分子中的原子之間形成電子雲的多鍵。這就說明用電子雲理論建構的分子的共價鍵是不確定的，而且這種分子是不可能自成一體的。
以宇丹質論爲基礎的共價鍵理論則是“動靜不二”的，具有確定性的共價鍵理論。這種理論認爲，分子一定存在它自己的電子軌道。這種分子的電子軌道，是由構成分子的原子的價電子軌道經過每兩個原子相互提供等數價電子建構共用電子軌道之後，能夠滿足每個原子最外層電子數爲8個的穩定結構這一充分條件的，擴大了運行範圍的最外層共用電子軌道組合的電子軌道。用這種理論建構的化合物分子有以下優點：
第一，它不改變組成分子中原子的結構，除共用電子外的所有電子軌道穩定不變；
第二，它使分子有了自己的電子軌道屏蔽而自成一體；
第三，由分子之間的分子的軌道電子運行方向的異同所産生的引力或斥力，可以很好地用來解釋分子之間的作用力以及氫鍵的本質問題。這是以往的任何理論都無法辦到的。
下面，筆者就列舉有代表性的化合物分子來論證它們的形成機理：
（1）兩種元素的化合物分子的形成機理。
我們以H2O水分子爲例來論證。H2O分子由兩個氫原子和一個氧原子構成。O原子有6個價電子，三個價電子軌道；H原子爲1個價電子，一個價電子軌道。當它們結合成H2O分子時，每一個H原子皆向O原子提供一個價電子“eH”，而O原子則向每一個H原子提供一個價電子“eO”。如YL（65）圖所示。其中每一對“eH一eO”電子的自旋方向必須相反，且每一對“eH一eO”電子皆圍繞“O－H”二離子實作逆時針方向運行而形成一條共用電子軌道。這樣，水分子中兩個繞“O－H”離子實作逆時針運行的共用電子軌道，在水分子外部立體空間形成繞整個水分子運行的電子軌道，即水分子的電子軌道。這樣，對O原子核來說，它的最外層電子達到了8個的穩定狀態的要求；對H原子核來說也達到了2個電子的穩定狀態的要求。所以，這不僅使水分子有了自己的電子軌道屏蔽而自成一體，水分子中每一個原子也都是處於穩定狀態的。
不僅如此，用宇丹質論的共價鍵理論還可以很好地解釋“鍵角”形成的力學原理。由於軌道電子對H核所發射的磁力線的屏蔽作用是瞬開瞬閉的，所以二H核之間總是存在瞬繼瞬消的磁力線之間産生的斥力。同時，二H核之間總是存在共用軌道電子與二H核之間的電力線與磁力線瞬斷瞬接産生的引力。這種引力和斥力必然會使二氫核在一定距離範圍內達成動態平衡，於是，H—O—H之間就會形成α爲平均定值的角。水分子的這個α角，經電子衍射等實驗已測得爲l04°45′。但是必須指出，按照電子雲理論是無論如何也無法解釋失去電子的H核之間何以會産生引力使H—O－H之間形成一定角度的問題的。
下面，我們以BF3爲例來討論四原子分子的形成機理。硼原子有3個價電子，兩個價電子軌道；氟原子有7個價電子，四個價電子軌道。如YL（66）圖所示。當三個F原子與一個B原子構成BF3分子時，B原子向每個F原子提供一個“eB”電子，每個F原子向B原子提供一個“eF”電子。每一對“eF一eB”電子形成一條共用軌道後，對F原子核來說最外層電子滿足了8個的穩定結構的要求。對B原子核而言，它的最外層電子雖然只有6個，但由於B原子是中心離子實，它周圍的三個F離子實的很多核外電子對其核發射的磁力線皆有屏蔽作用，所以，中心離子實的最外層電子未達到8個也是穩定的。因穩定只對核發射的磁力線的屏蔽程度而言。這就是中心離子實可以不必滿足8個最外層電子的道理。
至於 BF3分子的形狀，由於B原子向 F原子提供的3個電子原先分別處於兩個軌道平面之中，其中有兩個電子共一條軌道，另一個電子的軌道是孤電子軌道，所以，形成的BF3分子中有兩個“B—F”離子實的共用電子軌道本應是共面的，另一個“B—F”離子實的共用電子軌道與前者不共面。但就四個離子實的實際情況而言，由於 F離子實之間斥力相等。BF3分子的形狀是以B原子爲中心離子實的，以三個F原子爲配位元離子實的等邊三角形結構。三對“B—F”離子實兩兩之間“F—B—F”夾角爲1200”。
對於二元素五原子分子的形成機理以CH4爲例。CH4分子中碳原子有4個價電子，兩個價電子軌道。如YL（67）所示。C原子向每一個H原子提供一個價電子，每一個H原子向C原子提供一個價電子，分別形成四個“C—H”離子實的共用電子軌道。由於C原子原先的兩條價電子軌道的平面間近於直角，所以，形成CH4分子後“H1—C—H2”的價電子軌道平面與“H3—C—H4”的價電子軌道平面之間的夾角也應近於直角。但是，由於四對“C—H”離子實中C與H距離是相等的，又由於H核之間的斥力是相等的，所以任何兩個H核之間的距離都會自動調整得相等。這樣，CH4分子的造形就是以C離子實爲中心，H爲配位離子實的正三角錐體結構。
（2）三元素化合物分子的形成機理。
我們以CHCl3分子爲例來討論它的形成機理和極性問題。如YL（68）圖所示。Cl原子有7個價電子，四個價電子軌道。Cl和H原子皆向C原子提供一個價電子，C原子向每一個Cl原子和H原子提供一個價電子，分別以雙方相互提供的價電子組成繞“C—Cl”、“C—H”離子實運轉的共用電子軌道。由於C原子原先的四個價電子的兩個電子軌道平面之間的夾角近於直角，故形成的CHCl3分子的“H—C—Cl3”共面軌道平面與“Cl1－C—Cl2”共面軌道平面之間的夾角也會近於直角。但是由於三個Cl離子實之間的斥力相等，所以，在斥力作用下∠Cl1－C－C13、∠Cl1－C－C12和∠Cl2－C－C13也會自動調整得相等。又由於H核與每一個Cl離子實之間的斥力相等，所以，∠H－C－C11、∠H－C－C12和∠H－C－C13也相等。但是由於裸體的H核與C和Cl 離子實之間的斥力大於C與Cl離子實之間的斥力，（現代物理學實驗測定C－H鍵能爲98.8，C—Cl鍵能爲78．5，Cl—Cl鍵能爲58。由於化學鍵中斥力與引力平衡且相等，故鍵能大者斥力亦大。）所以，C—H之間的距離大於C—Cl之間的距離，H—Cl之間的距離要大於Cl—Cl之間的距離。這樣，CHC13分子的造形就是非正三角錐體。
在非正三角錐體情況下，由於Cl離子實的相互靠近，它們的電子軌道的電子雲密度較H核周圍電子軌道的電子雲密度更爲稠密，故Cl離子實的電子雲對C核發射的磁力線的屏蔽作用較大，H核周圍的電子雲對H核和C核發射的磁力線的屏蔽作用較小。因此，H核和C核發射的未被H核周圍的電子雲屏蔽住的剩餘磁力線，就會與別的分子的外層電子發射的電力線相連接成引力線而産生引力作用，從而表現出CHC13的極性。
以上我們用宇丹質共價鍵理論分析了兩種元素的3原子分子、4原子分子和5原子分子的形成機理，還分析了三種元素的5原子分子的形成機理和産生極性的原因。那麽，宇丹質共價鍵理論的要點是什麽呢？
首先，化合物分子皆由共價鍵結合而成，這些共價鍵是由二結合原子相互提供相等數量的電子形成共用電子軌道産生的。而且雙方提供的兩個電子必須自旋相反，這兩個自旋相反的電子相互排斥並在它們分別與兩個離子實産生的引力作用下構成二電子對稱運行的共用電子軌道。這軌道上每一個電子發射的電力線分別與兩個離子實的核發射的磁力線相反相接成的引力線組，就是二離子實之間的化學鍵。軌道上二電子分別與二離子實建構的化學鍵之和就是二離子實的共價鍵。
第二，化合物分子中原子間相互提供電子的數量，以每個離子實的共用電子數加上繞該離子實運轉的價電子數滿足8個的穩定結構爲原則。但中心離子實由於有周圍離子實的外層電子對其原子核發射的磁力線的屏蔽作用，所以繞中心離子實運轉的共用價電子可以少於8個而達到穩定狀態。
第三，化合物分子中所有由二結合原子提供的等數電子配對建構的共用軌道上的電子，皆繞二原子形成的離子實作逆時針同向運轉。
第四，化合物分子中共用電子軌道平面的空間方向，由中心離子實的原子提供的電子的原先的軌道平面方向和配位離子實之間的作用力共同決定。
由上述要點可知，宇丹質共價鍵理論建構的化合物分子的特點是：
第一，整個化合物分子不存在孤電子軌道；
第二，化合物分子的中心離子實與配位離子實之間最少有一條共用電子軌道；
第三，共用電子皆在共用軌道上運行；
第四，化合物分子中所有原子核發射的磁力線皆被共用軌道電子屏蔽著（但不一定都屏蔽住了），這些共用軌道的最外層軌道之和就是整個分子的電子屏蔽軌道，因而使化合物分子能夠自成一體。這就是化合物分子之間的作用力非常之弱的原因。
