共價(jià)鍵課件-新人教選修

共價(jià)鍵共價(jià)鍵是化學(xué)鍵的一種，由兩個(gè)或多個(gè)非金屬原子通過(guò)共享電子對(duì)而形成的化學(xué)鍵。共價(jià)鍵又可分為極性共價(jià)鍵和非極性共價(jià)鍵。什么是共價(jià)鍵原子之間共享電子共價(jià)鍵是原子間通過(guò)共享電子對(duì)形成的化學(xué)鍵。電子對(duì)被兩個(gè)原子核吸引，形成一個(gè)穩(wěn)定的鍵，使原子更穩(wěn)定。例如，兩個(gè)氫原子（H）可以與一個(gè)氧原子（O）共享電子對(duì)形成水分子（H2O）。共價(jià)鍵的特點(diǎn)11.方向性共價(jià)鍵有特定的方向，形成一定的空間結(jié)構(gòu)。22.飽和性每個(gè)原子形成共價(jià)鍵的數(shù)量是有限的，取決于該原子最外層電子數(shù)。33.強(qiáng)度共價(jià)鍵是化學(xué)鍵中較強(qiáng)的化學(xué)鍵，需要較高的能量才能將其破壞。44.共用電子對(duì)共價(jià)鍵的形成是由于原子之間共享電子對(duì)，形成共用電子對(duì)。共價(jià)鍵的分類(lèi)單鍵由一對(duì)共用電子對(duì)形成的共價(jià)鍵。例如，H2、Cl2、HCl等。雙鍵由兩對(duì)共用電子對(duì)形成的共價(jià)鍵。例如，O2、CO2等。三鍵由三對(duì)共用電子對(duì)形成的共價(jià)鍵。例如，N2、C2H2等。配位鍵由一方提供一對(duì)電子形成的共價(jià)鍵。例如，NH4+、H3O+等。單鍵共用電子對(duì)原子之間共享一對(duì)電子，形成單鍵。結(jié)構(gòu)由一條直線(xiàn)表示，代表兩個(gè)原子之間的共用電子對(duì)。旋轉(zhuǎn)單鍵可以自由旋轉(zhuǎn)，不影響分子的結(jié)構(gòu)。雙鍵乙烯乙烯分子中，兩個(gè)碳原子之間共享了兩對(duì)電子，形成一個(gè)雙鍵。二氧化碳二氧化碳分子中，碳原子和兩個(gè)氧原子之間各形成了一個(gè)雙鍵。三鍵三個(gè)原子間共用三個(gè)電子對(duì)形成三鍵，是共價(jià)鍵的最高級(jí)形式。典型例子氮?dú)夥肿樱又g形成三鍵。穩(wěn)定性三鍵擁有更高的鍵能，更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。反應(yīng)性三鍵較難斷裂，導(dǎo)致反應(yīng)性相對(duì)較低。穩(wěn)定性單鍵單鍵由兩個(gè)原子之間共用一對(duì)電子形成。雙鍵雙鍵由兩個(gè)原子之間共用兩對(duì)電子形成。三鍵三鍵由兩個(gè)原子之間共用三對(duì)電子形成。單鍵的穩(wěn)定性單鍵是最簡(jiǎn)單的共價(jià)鍵形式，由一對(duì)共用電子組成，化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。與雙鍵和三鍵相比，單鍵的鍵能較低，鍵長(zhǎng)較長(zhǎng)，更容易發(fā)生斷裂。由于單鍵通常比雙鍵和三鍵更穩(wěn)定，因此在有機(jī)化學(xué)中，單鍵是最常見(jiàn)的鍵類(lèi)型。例如，甲烷(CH4)中的C-H鍵是典型的單鍵，具有相對(duì)較高的穩(wěn)定性。雙鍵的穩(wěn)定性雙鍵比單鍵更穩(wěn)定，這主要?dú)w因于雙鍵的電子云分布和鍵能。雙鍵包含一個(gè)σ鍵和一個(gè)π鍵。π鍵的電子云分布在原子核之間形成一個(gè)環(huán)狀，并具有更大的電子密度，使得原子之間的吸引力更強(qiáng)。2鍵能1.5強(qiáng)度1.5反應(yīng)性三鍵的穩(wěn)定性單鍵雙鍵三鍵相對(duì)較弱相對(duì)較強(qiáng)最強(qiáng)三鍵擁有最強(qiáng)的穩(wěn)定性，是因?yàn)樗鼡碛凶顝?qiáng)的鍵能，更難被破壞。極性共價(jià)鍵極性共價(jià)鍵的極性是指共價(jià)鍵中電子云偏向一方的情況。當(dāng)兩個(gè)原子形成共價(jià)鍵時(shí)，電子云會(huì)發(fā)生偏移，導(dǎo)致原子之間形成電荷分離。分子極性分子的極性是指整個(gè)分子在空間上的極性。分子極性由共價(jià)鍵極性和分子結(jié)構(gòu)共同決定。極性方向電子云偏向一方的原子帶負(fù)偏正，另一方帶正偏正。極性共價(jià)鍵可以用一個(gè)箭頭表示，箭頭指向帶負(fù)偏正的原子。極性的概念電負(fù)性差異極性共價(jià)鍵是指兩個(gè)原子間電負(fù)性差異較大，導(dǎo)致電子對(duì)偏向電負(fù)性更大的原子，形成一個(gè)極性。偶極矩極性共價(jià)鍵的存在會(huì)導(dǎo)致分子出現(xiàn)一個(gè)電偶極矩，即正負(fù)電荷中心不重合。分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)也是影響極性的重要因素，例如，非對(duì)稱(chēng)的分子結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致偶極矩不為零，形成極性分子。極性的判斷1電負(fù)性判斷兩個(gè)原子之間的電負(fù)性差異2極性電負(fù)性差異越大，極性越強(qiáng)3判斷電負(fù)性差異大于0.4，則為極性共價(jià)鍵電負(fù)性是指原子吸引電子對(duì)的能力。通過(guò)比較電負(fù)性差異的大小，可以判斷共價(jià)鍵的極性。極性分子和非極性分子極性分子極性分子是指分子中正負(fù)電荷中心不重合，具有永久偶極矩的分子。例如，水分子(H2O)由于氧原子對(duì)電子的吸引力大于氫原子，導(dǎo)致氧原子帶部分負(fù)電荷，而氫原子帶部分正電荷，形成一個(gè)極性分子。非極性分子非極性分子是指分子中正負(fù)電荷中心重合，沒(méi)有永久偶極矩的分子。例如，二氧化碳分子(CO2)中，碳原子與兩個(gè)氧原子形成線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，由于氧原子的吸引力相同，正負(fù)電荷中心重合，形成一個(gè)非極性分子。配位共價(jià)鍵配位共價(jià)鍵的形成配位共價(jià)鍵由兩個(gè)原子共用電子對(duì)形成，其中一對(duì)電子是由其中一個(gè)原子提供的。一個(gè)原子提供一對(duì)電子，另一個(gè)原子接受電子對(duì)，形成配位鍵。形成配位共價(jià)鍵時(shí)，提供電子對(duì)的原子稱(chēng)為配位原子，接受電子對(duì)的原子稱(chēng)為受體原子。什么是配位共價(jià)鍵1共用電子對(duì)一種特殊的共價(jià)鍵，其中一對(duì)電子來(lái)自同一個(gè)原子。2配位原子提供電子對(duì)的原子被稱(chēng)為配位原子，通常是帶有孤對(duì)電子的原子。3接受原子接受電子對(duì)的原子被稱(chēng)為接受原子，通常是缺少電子對(duì)的原子。配位共價(jià)鍵的形成1孤對(duì)電子一個(gè)原子提供一對(duì)孤對(duì)電子。2空軌道另一個(gè)原子提供一個(gè)空的原子軌道。3共用電子對(duì)這兩個(gè)原子共享這一對(duì)電子，形成配位共價(jià)鍵。配位共價(jià)鍵的性質(zhì)方向性配位共價(jià)鍵具有方向性，形成的分子有特定的空間結(jié)構(gòu)。配位共價(jià)鍵的形成依賴(lài)于電子對(duì)的提供方向，因此鍵的形成有特定的空間指向。極性配位共價(jià)鍵通常是極性鍵，因?yàn)榕湮辉油ǔＪ请娯?fù)性較高的原子，而提供電子對(duì)的原子則電負(fù)性較低。穩(wěn)定性配位共價(jià)鍵的穩(wěn)定性取決于參與鍵合的原子和電子對(duì)的性質(zhì)，以及周?chē)h(huán)境的條件。氫鍵氫鍵的形成氫鍵是分子間的一種特殊作用力，發(fā)生在含有極性鍵的分子之間，其中，氫原子與電負(fù)性較大的原子（如氧、氮、氟）之間形成較強(qiáng)的吸引力。氫鍵的特點(diǎn)氫鍵是一種比較弱的作用力，但氫鍵對(duì)物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)有重要的影響，例如水的沸點(diǎn)和冰的熔點(diǎn)都比其他類(lèi)似分子高。氫鍵在生物學(xué)中的作用氫鍵在生物體內(nèi)起著至關(guān)重要的作用，例如，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就依賴(lài)于堿基之間的氫鍵，蛋白質(zhì)的折疊和維持其三維結(jié)構(gòu)也需要?dú)滏I的參與。什么是氫鍵氫鍵氫鍵是一種特殊類(lèi)型的分子間作用力，存在于含有氫原子的極性分子之間。氫鍵的形成氫鍵的形成需要一個(gè)具有高電負(fù)性的原子，例如氧、氮或氟，連接到一個(gè)氫原子，并與另一個(gè)電負(fù)性原子發(fā)生相互作用。氫鍵的類(lèi)型氫鍵可分為三種類(lèi)型：OH-O，NH-O，F(xiàn)H-O，其中OH-O是最常見(jiàn)的類(lèi)型。氫鍵的特點(diǎn)弱鍵氫鍵比共價(jià)鍵和離子鍵弱得多，鍵能小，不易斷裂。方向性氫鍵是有方向性的，鍵的強(qiáng)度和方向都與氫鍵的形成有關(guān)。強(qiáng)吸引力氫鍵比范德華力強(qiáng)，能夠在分子間產(chǎn)生較強(qiáng)的吸引力。氫鍵在生物中的作用穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)氫鍵在蛋白質(zhì)、DNA和RNA等生物大分子中起著至關(guān)重要的作用。它幫助維持這些分子的三維結(jié)構(gòu)，從而保證其正常功能。影響物質(zhì)性質(zhì)水分子之間的氫鍵使得水具有較高的沸點(diǎn)、比熱容和表面張力。這些性質(zhì)對(duì)于生命活動(dòng)至關(guān)重要。共價(jià)鍵的應(yīng)用材料科學(xué)共價(jià)鍵在材料科學(xué)中扮演著重要角色，例如合成聚合物、半導(dǎo)體和陶瓷材料。生物學(xué)共價(jià)鍵維持生物大分子的結(jié)構(gòu)，如蛋白質(zhì)和核酸。化學(xué)反應(yīng)共價(jià)鍵在各種化學(xué)反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用，包括合成新物質(zhì)和催化劑。在材料領(lǐng)域的應(yīng)用11.高分子材料共價(jià)鍵在高分子材料中起著至關(guān)重要的作用，決定了材料的強(qiáng)度、韌性、耐熱性和耐腐蝕性。22.納米材料共價(jià)鍵應(yīng)用于納米材料的合成，創(chuàng)造具有特定功能的納米結(jié)構(gòu)。33.復(fù)合材料共價(jià)鍵結(jié)合不同材料，例如金屬與陶瓷，形成具有優(yōu)異性能的復(fù)合材料。44.新型材料共價(jià)鍵在開(kāi)發(fā)新型材料，如石墨烯、碳納米管和金屬有機(jī)框架(MOFs)中發(fā)揮重要作用。在生物領(lǐng)域的應(yīng)用核酸結(jié)構(gòu)DNA和RNA的結(jié)構(gòu)都是由共價(jià)鍵連接的。共價(jià)鍵將核苷酸連接成多核苷酸鏈。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。肽鍵是連接氨基酸形成多肽鏈的共價(jià)鍵。酶與底物結(jié)合酶的活性位點(diǎn)通常包含共價(jià)鍵。這些共價(jià)鍵參與酶與底物的特異性結(jié)合。細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵連接脂類(lèi)分子形成細(xì)胞膜的磷脂雙分子層。細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)通過(guò)共價(jià)鍵與脂類(lèi)分子連接。在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用共價(jià)鍵是化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)，決定了化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)和反應(yīng)性。不同原子間形成的共價(jià)鍵決定了分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，進(jìn)而影響化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生和過(guò)程。化學(xué)反應(yīng)中，共價(jià)鍵的斷裂和形成是關(guān)鍵步驟，決定了反應(yīng)的速率和產(chǎn)物。通過(guò)改變共價(jià)鍵的性質(zhì)，例如引入不同的原子