实验室条件下，除惰性气体外，单个原子形态的物质结构是很少见。原子通过相互作用力以及化学配位规则形成分子，并以一定凝聚形式构成宏观物质。目前已知的原子之间相互作用力，包括范德瓦尔斯力、氢键、金属键、离子键和共价键等作用形式，应该可以通过带电粒子电磁相互作用的规律进行解释。

物质的分子结构主要是通过价键理论和分子轨道理论来解释的。1927年，海特勒-伦敦模型应用量子力学成功地解释了氢分子成键的本质。然而，这个简单的理论无法直接用于氢分子以外的其他分子。莱纳斯·鲍林通过引入共振结构式、轨道杂化等概念，将海特勒-伦敦理论成功推广到更大的分子中。几乎于此同时，价键理论的主要竞争者分子轨道理论也被提出了。

电子云（或轨道）重叠，是理解化学共价键的要点。“量子力学的计算结果表明，H2 中的化学键可以认为是电子自旋相反成对, 使体系的能量降低而后升高。从电子云角度考虑, 可认为 H 的 1s轨道在两核间重叠, 使电子在两核间出现的几率大, 形成负电区, 两核吸引核间负电区, 使 H 结合在一起。”(本段即下图引自网络)

从静电相互作用的角度讲，当两个H原子的距离为r₀时，处于平衡状态，距离小于r₀时排斥，大于r₀时吸引。这个结果表明，在H分子共价键中，库仑平均等效相互作用是有效的，并可以用来理解其力学平衡。

如果我们要从纯力学和电磁学的角度来理解共价键问题，要从瞬态的轨道平衡，以及原子间等效平均相互作用两个方面来考虑。也就是从轨道的角度来讲，任何时刻轨道都应该是稳定的。由于原子的质量是电子质量的10³以上倍数，原子对外界的响应速度应远低电子，因此原子间的相互作用应该等效为价电子轨道作用的平均效果。

前面三篇博客文章已经介绍了轨道电子的电磁辐射耦合性质，原子中内壳层电子，由于耦合效应会形成较强的壳层结构，并可以通过耦合能和力来量化描述这种效应。如果耦合能或力足够高，就可以捕获一个或多个电子，形成带负电的离子，并能保持结构的稳定性。这也许就是中性原子能成为带电离子的机理解释吧。

外壳层价电子一定是处于内壳层外的区域运动的，在研究其在原子间相互作用时，可以看成原子核和内层电子形成的等效静电场中的运动电子。等效静电作用势，是量子力学计算价电子以及分子结构等问题的关键物理量，只有壳层得到了上述解释，才能得出这个势场是包括了电荷屏蔽效应，与时间无关、由相对位置决定的静电势能的结论。

上图给出了氢分子σ共价键轨道作用示意图，H1电子轨道在XZ平面内，与位于XY面内的H2电子轨道是正交的，两个轨道电子的辐射位移电流产生的磁矩作用为零；从平均等效的角度来看，可以视为平均分布着运动电荷的轨道相互作用，包括静电，以及运动电荷和辐射位移电流产生的静磁相互作用。很显然，这些电磁作用可以得到一个稳定力学平衡点，相互作用势的特点应该与量子力学电子云重叠效应是类似的，因此与其计算结果预测的性质应该是相近的。这种轨道正交结构的稳定性，主要取决于，辐射位移电流的相互作用。

关于轨道杂化形成分子立体轨道问题还没有完全想明白，只能提出一些原则上的要求。首先，原子或分子要发生轨道变化，主要的途径是通过共振与外界交换能量来实现的。这是非常重要的机制，并且我认为是莱纳斯·鲍林引入共振结构式、轨道杂化等概念的物理基础，也是薛定谔方程能够计算光谱和化学结构问题的根本原因。因为在我的前期博客和学术论文中提到了，薛定谔方程与量子假设E=hv本质上就是计算求解微观轨道共振的数学工具。另外，除力学平衡外，电子的辐射耦合平衡，不仅要在轨道上考虑，还应该在分子结构全局耦合来思考，有必要时，还必须考虑与背景能量的交换作用。因为材料的理化性质是与温度（环境能量）密切相关的，所以我们必须考虑原子间辐射交换，以及环境能量背景的影响。

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