6第一章共振和化学键际分布。例如铵离子所带的单位正电荷不应认为被氮原子所独古。历手在第三章中将子过的N一任键的部分离子性，可以认1为这个多余正电荷被部分地转移到各个氢原子上。从前面写的电子式可以看出，在氧化三甲胺中，氮和氧之間的键可以认为是种双键，由一个共价单键和一个单位强度的离子所租成。这种类型的键有时称为牛极性双键1]；也称它为配价，并用一个特殊的符号一→来表示电荷从一个原子向另一一个原子的博移1。还有人用这样的电于式，那就是把原来认为是愿于不同原于的电子用不同的符号（例如点和等）来标明。我們觉得用这些名称或符号并不见得方便。在少数分子中，也出现共价键不是由共享电子对而是由一个电子或三个电子所构成的情况。这种单电子键和三电子键将在1-4节中和第十章中论。金属键，分数键在金属聚集体中，把这些原子联籍起来的键的最显著的特点是成键电子的流动性，它使金属表现出高度的导电性和导热性。关于金属键及其与共价键的关系将在第十一章中谢。金属中的键可作为分数键来描迹。其他含有分数链的、被称为缺电子化合物的物质将在第十章中射。1-3共振的观念1a1量子力学理，在应用来处理分子基态周题的主要化学应用中，有一条基本原则；这条原则是共振观念的依据。→在量子力学中，一个体系的构是用通常称为中的波函数来描迹的，这个中是經典理中与共动量配合在一起用来描迹这个体系的坐标的函数。求解体系在指定状态下的波菌数的方法可参考量子力学专著。在我佣关于化学键本质的中，主要将限于研究分子的基态。分子或其他体系的量子定态是以体系总能量所具有的定值来标明的。这些状态是由一个量子数（例如）或一租量子数来标記，每一量子数可以取某些整数值。处于第几个量子定态的体系，具有确定的能值W，并由波函数中，来描述。这
71-3共损的观念个处于第几个量子态的体系的行为，可通过它的波函数来进行，不过这些预期值，尽管和对这个体系进行的試的预期籍果有关，一般就来，关系抖不是值截了当，而是梳计件质的例如在基态氢原子中，对电子相对于核的位置不可能给出确定的推新；而只能求出租应的儿率分布爾数。体系总能量为最低也就是稳定度为最高的量子定态，被称为基态。这个基态的量子数常被指定为1或0。般出。是论中的体系在基态情况下的正确波函数。我們所感兴趣的量子力学基本原则指出：按照量子力学方程用体系的正确基态波3函数中。算来的能值Wo，要比用任何其他提得出的波函数中所算出的能值低些（14；因而在所有可能构想得出的结构中，那个给子体系以最大意定度的结狗正是这个体系的真正基态结构。現在設秸构I和I可以合理地或者想象得出地表示考虑中的体系的基态。根据这个量子理的方法，利用任意系数α&，5乘上中，中后再相加起来所得的更加普逼的函数(1-1)中一a十b中仍是体系的可能波函数。这里只有比值6有意义，因为函数中的性质不因乘以常数而有所改变。把相应于中的能值表为比值b/a的函数，便能找出使能值为极小的b/a值。与这个6/a值相应的波函数，对这个体系的基态来説，便是用这样租合方法所能造出来的最优波函数近似式。假如b/α的最优值很小，那么最优波翘数出基本上就等于出，而用结构工来麦示基态就比任何其他所考虑的籍构更为接近些。如果b/a的最优值很大，最优波函数中，又将和中差不多。可是也有可能/a的最优值既不很小，也不很大，和1差不多。在这种情况下，最优波函数中将由中和出共同粗成，从而体系的基态将被认为是既包含秸构I又包含粘构TI。在这个情克下，已翘习惯于体系是共振于籍构I和籍构II之間，或者説体系是精构I和II的共摄杂成物。可是这个体系的精构本质上并不恰好介于精构I和Ⅱ之間；！因为出于共振的籍果，这样的体系由于能值的降低（即共娠能得
&第一章共振和化学缝到进-一步稳定化。b/α的最优值就是使得体系总能量取得它的最低值的数值，这个最低能值要比相应于或的能值为低：低下来的数量决定于精构1和I的相互作用的大小以及它們的能量差（竟1一4节）。相对于精构1成精构工（稳定度不相同时坂其中比鲛稳定的那-个而客，这个体系的额外稳定性称为共振能[1] 。以上的有关体系基态的讨并不限于共摄粘构只有两个的情况。一般来證，可将相应于那些接照具体情克能够提得出来供考患的籍构II、、的波函数中、中、中、通过人性合作成如下的波愿数(1-2)t-a+bt+ct+dt+.在这个波函数中，数α、6、C、d、的最优相对值可通过求取能量的最低值而我找出来。共搬观念是Heisenberglia在讨论氨原子的量子态时引人量子力学的。他指出在舒多体系中，可应用这样一种量子力学处理方法，它和趣典力学中对共振的偶合諾扳子的处理有些相类似。举例来設，两个具有同一特征摄动频率而交安装在同一基座上（这样使它們之間能发生相互作用）的童双，可能观察到翘典力学的共振現象。当敲动一个音叉以后，它的振动将遂渐停止，而把的能量搏移給另一个暂叉，使它开始援动；以后这过程交瓣进行，这样能量就在这芮个音没間往复共振着，值到被爵擦及其他捷耗耗尽为让。两个由软彈簧迹接起来的相类似的摆也世出現同样的現象。定性地说，这些翘典的共摄現象和本节上面所描迹的量子力学共振現象之周显明地是相类似的；但是这种相似并不能对量子力学共摄在化学应用中的最主要特点（朗体亲因共拨能而得到稳定这样一个情祝提供簡单的非数学的解释，所以我得也就不再懿下去了。我相信，学化学的人在看过了本书中到处所论的在不同调题上的应用之后，能給自已找出一个可靠而双有用的值观看法。+必指出，社共振观念的应用中，作为体系基态射基础的超
91-4氯分子离子和单电子馆始粘构I、II、III、IV、的选挥是存在着一些任意性因素的，不u过就计多体系證，我們会发現，某些非常适用的秸构将能立即被提出来作为讨的基础；同时，在一些例如分子的复杂体系中，利用一些有关的簡单体系的精构作为出发点也能使时取得较快的进展。已經发現的共振現象在化学上的最重要应用郎分子共振于好几个价键籍构之間的情，提供了一个显明的例子，人們发現了舒多物质的性质不能用单一的价键型的电子精构来描迹，但若认为它存在着两个或更多的价键构之間的共振，则仍能套用价键的經典理。在化学間题的中，共振观念的便利和价值是如此互大，以致这种任意性因素的缺点显得无关紧要了。这种因素在經典的共板现象中也是存在的。在应用单摆的运动来过用彈簧薄接起求的摆的联合运动，显然也是存在着任意性因素的；如果改用体系的簡正坐标来描迹，数学上就会简化得多，可是共摄概念的方便和有用，却使它仍然获得广泛的应用。此外不应忘記，在有机化合物的簡单粘构理中也存在着本质上与共振相类似的任意性因素，这里也同样地使用了理想“的、假想的秸构要素。例如丙烷分子C耳，有它本身的秸构，它不能用得自其他分子的粘构要素来精确地描迹；不可能从丙烷分于中孤立出这样一个部分，其中包含两个碳原子和其間的两个电子，而設内烷分子的这一部分就是和乙烷分子的一部分完至一样的碳一碳单键。把丙烷分子描述成包合碳-碳单键和碳-氧单键是有它的任意性因素的；这些概念本身便是理想化的结果。但是尽管它們都使用了一些理想化的概念，也包含着一一定程度的任意性因素17，化学家已經发現有机化学的筋单秸构理论和共援理论都是有价值的。1-4氢分子离子和单电子键本节中我們将就最单的分子氮分子离子以及最简单的化学键单电子键（即一个电子被两个原子所共有的键）的秸构周题
10第一章共援和化学键进行讨，作为共振概念在化学上的第一个应用，基态氢原子按照Bohr的理翁18]，甚态氢原子中的电子是沿着牛径为αg-0.530埃的闻形道、以忙定速率V。=2.182×108厘米，秒核运动。用量子力学来描迹，情况与此是类似的，但比较不确定些。图1-2示出这个原子中电子的就道运动波数中15，可以看到其数值仅在接近核的范圈内是大的；在离核1到2埃以外，它就迅速降低至雾。出的年方表示电子位置的几率分布函数，所以出dV就是电子在体积元V中的几率，4个出dr则是和核的距离介于和十r之阅的几率。从图中可以看到，最后这个两数在r一α时有其最大值。所以电子离核的最可儿距离正是Bohr华αo：但是电子显然并不府限于这一距离。电子的速率也不是恒定的，而要用分布函数表示，其方均报速度恰好就是Bohr值o。据此我們可以这样来描迹基态氢原子：电子以数量級为%的可变速率在核的附近进行进进出出的运动，比较經常的是出8r-01×"现在离核为0.5埃的距离之内；如果时間够长无計电子完成多圈数的运动，原子可以被描迹是由一个被球101形对称的资电荷球体包圖着的原子核所构成；这里电子的图象，将会由于自己的扭A速运动出现感光后模糊不清-O1Xpg+T的情况，有如图1-3所示，氢分子离子从理翁上探射氢分子离子的粘构时，正如讨任何一个分子101.02.03.0埃样，总是首先考虑一个被固定在确定构型0中的原子图1-2基态氢原子的波函数妞s，它的核排列，分析电子（在有好几平方及视向几磁分两数4好