共價鍵的方向性

一、定義
共價鍵的方向性，是指除球形對稱的s軌道外，其他原子軌道（如p、d軌道）具有特定的空間取向，原子形成共價鍵時，為滿足“最大重疊原理”，原子軌道需沿電子云密度最大的方向重疊，因此共價鍵具有固定的空間指向性。
簡單來說，共價鍵的形成并非任意方向均可，而是要選擇最優的軌道重疊方向，以保證化學鍵的穩定性，這一特性直接決定了多原子分子的空間幾何構型。
二、成因
共價鍵的方向性本質是由原子軌道的空間分布特征和“最大重疊原理”共同決定的，具體可分為兩點：
原子軌道的空間取向差異：s軌道是球形對稱的，電子云在空間各個方向的分布均勻，因此s軌道之間（如H-H鍵的1s-1s軌道）重疊時，沒有方向限制，形成的共價鍵無方向性；而p、d等軌道具有固定的空間伸展方向（如p軌道有x、y、z三個相互垂直的伸展方向），電子云僅在特定方向上密度最大，只能沿這些方向與其他原子軌道重疊。
最大重疊原理的要求：1927年海特勒和倫敦用量子力學完善共價鍵理論時提出，原子軌道重疊程度越高，核間電子云密度越大，體系能量越低，形成的共價鍵越穩定，這就是最大重疊原理。為滿足這一原理，成鍵原子的軌道必須沿電子云密度最大的方向重疊，從而產生了共價鍵的方向性。