金刚石共价键及其杂化轨道的形成与硬—超硬材料晕圈图和新元素周期表的关系

Relationship of Forming of the Covalent Bond and the Hybridized Orbits of Diamond to Halo Circle of Hard superhard Materials

该文从价键的类型入手，讨论了只有共价键具有构成最硬物质的可能。当非金属原子接近时，双方都有索取对方电子的倾向，且力的大小几乎相等，故双方只可各提供一个电子组成共价键。金刚石是世界上是坚硬的物质。由于量子力学中的叠位原理和简并状态，使金刚石中的ｓｐ３可写为ｓ、ｐｘ、ｐｙ、ｐｚ，它们是归一的，又是相交的。又由于量子力学中的“微扰理论”，使原来并不简并的改变了ｓ、ｐ轨道性能，出现的新轨道中有ｓ，也有ｐ，而组成了平均成键能力最大的“等性轨道”。总结ｓｐ３杂化轨道的规律可知：（１）ｎ个原子轨道的线性组合可以而且只能构成ｎ个相交归一的杂化轨道。（２）为了使平均的成键能力最大，杂化轨道必须是等性的。从计算的平均成键能最大（硬度最大）值可知，当ａ＝１／４，ｆ为２，其值最大。这正是金刚石的Ｃ的四个键链的状态。典型的金刚石ｓｐ３杂化轨道具有饱和性和定向性，共价键必须有相反的自旋方向，否则电子云相互排斥而不能形成共价键，另外一个电子与另一个电子配对后就不能与另一个电子配对。如金刚石形成的ｓｐ３杂化轨道出现了四个不成对的电子，也就形成了四个共价键，这就是共价键的饱和性。金刚石的Ｃ，由于ｓｐ３杂化轨道电子云伸展方向正是指向正四面体的?