共价键的方向性

一、定义
共价键的方向性，是指除球形对称的s轨道外，其他原子轨道（如p、d轨道）具有特定的空间取向，原子形成共价键时，为满足“最大重叠原理”，原子轨道需沿电子云密度最大的方向重叠，因此共价键具有固定的空间指向性。
简单来说，共价键的形成并非任意方向均可，而是要选择最优的轨道重叠方向，以保证化学键的稳定性，这一特性直接决定了多原子分子的空间几何构型。
二、成因
共价键的方向性本质是由原子轨道的空间分布特征和“最大重叠原理”共同决定的，具体可分为两点：
原子轨道的空间取向差异：s轨道是球形对称的，电子云在空间各个方向的分布均匀，因此s轨道之间（如H-H键的1s-1s轨道）重叠时，没有方向限制，形成的共价键无方向性；而p、d等轨道具有固定的空间伸展方向（如p轨道有x、y、z三个相互垂直的伸展方向），电子云仅在特定方向上密度最大，只能沿这些方向与其他原子轨道重叠。
最大重叠原理的要求：1927年海特勒和伦敦用量子力学完善共价键理论时提出，原子轨道重叠程度越高，核间电子云密度越大，体系能量越低，形成的共价键越稳定，这就是最大重叠原理。为满足这一原理，成键原子的轨道必须沿电子云密度最大的方向重叠，从而产生了共价键的方向性。