項目二共價鍵理論與分子結(jié)構(gòu)課件

項目二：共價鍵理論與分子結(jié)構(gòu)延時符延時符離子鍵化學鍵離子鍵共價鍵金屬鍵◆正、負離子間靠靜電作用形成的化學鍵(分子或晶體中相鄰兩原子或離子間的強烈作用力)●原子間通過共用電子對形成的化學鍵■通過自由電子將金屬原子和金屬離子聯(lián)系在一起的作用力

一、離子鍵的形成NaClNa+-eCl-NaCl靠近形成離子鍵的重要條件：兩成鍵原子的電負性差值較大陰、陽離子之間靠靜電引力相互吸引，當它們充分接近時，離子的原子核之間及電子之間的排斥作用增大。當陰、陽離子之間的相互吸引作用和排斥作用達到平衡時，系統(tǒng)的能量降到最低，陰、陽離子間形成穩(wěn)定的結(jié)合體。這種靠陰、陽離子間的靜電作用而形成的化學鍵稱為離子鍵，含有離子鍵的化合物稱為離子化合物。延時符共價鍵一、路易斯的共價鍵理論1.如果兩個H原子的電子自旋相反（↑↓）：隨兩原子核間距離R的減小，系統(tǒng)能量逐漸降低，當核間距離減小到R=87pm時，能量降低到最低值E；當兩個H原子從遠處相互接近時，出現(xiàn)兩種情況：科學分析、實事求是一、路易斯的共價鍵理論1.如果兩個H原子的電子自旋相反（↑↓）：隨兩原子核間距離R的減小，系統(tǒng)能量逐漸降低，當核間距離減小到R=87pm時，能量降低到最低值E；當兩個H原子從遠處相互接近時，出現(xiàn)兩種情況：2.如果兩個原子的電子自旋相同（↑↑）：隨著R的減小，系統(tǒng)能量逐漸升高。二、現(xiàn)代價鍵理論由此可見，電子自旋相反的兩個H原子在核間距R（理論值為87pm）處相結(jié)合，比兩個遠離的H原子的能量低，可以形成穩(wěn)定的H2分子；而電子自旋相同的兩個H原子接近時，系統(tǒng)能量升高，且比兩個遠離的H原子的能量高，不能形成穩(wěn)定的H2分子。

（一）共價鍵的形成及理論要點基態(tài)電子云密集區(qū)電子自旋相反的兩個H原子接近時，兩個H原子的1s軌道發(fā)生重疊，兩個原子核間電子云密集，一方面降低了兩個原子核間的正電排斥，另一方面增加了兩個原子核對核間電子云密集區(qū)域的吸引。這兩方面因素都有利于系統(tǒng)能量的降低，形成穩(wěn)定的化學鍵。而電子自旋相同的兩個H原子接近時，兩個原子軌道重疊部分互相抵消，使兩個原子核間出現(xiàn)了一個電子云空白區(qū)，從而增大了兩個原子核的排斥作用，使系統(tǒng)能量升高，不能形成化學鍵。延時符現(xiàn)代價鍵理論1.電子配對原理：A、B兩個原子各有一個自旋相反的未成對的電子，它們可以互相配對形成穩(wěn)定的共價單鍵，這對電子為兩個原子所共有。

（二）現(xiàn)代價鍵理論要點2.能量最低原理：在成鍵的過程中，自旋相反的單電子之所以要配對或偶合，主要是因為配對以后會放出能量，從而使體系的能量降低。電子配對時放出能量越多形成的化學鍵就越穩(wěn)定。3.原子軌道最大重疊原理：鍵電子的原子軌道一定要發(fā)生重疊。原子軌道重疊部分越大，兩核間電子幾率密度越大，所形成的共價鍵也越牢固，分子也越穩(wěn)定。如果A、B各有兩個或三個未成對的電子，則自旋相反的單電子可兩兩配對形成共價雙鍵或叁鍵。氮原子有3個成單的2p電子，因此兩個氮原子上自旋相反的成單電子可以配對，形成共價叁鍵并結(jié)合為氮分子

（二）理論要點例如：氧原子有兩個成單2p電子，氫原子有一個成單的1s電子，因此一個氧原子能與兩個氫原子結(jié)合成H2O分子如果A原子有兩個成單電子，B原子有一個成單電子，那么一個A原子就能與兩個B原子結(jié)合形成AB2型分子。

（二）理論要點延時符共價鍵的特點

（三）共價鍵的特點在形成共價鍵時，互相結(jié)合的原子既未失去電子，也沒有得到電子而是共用電子，在分子中并不存在離子而只有原子，因此共價鍵又叫原子鍵。共價鍵與離子鍵有著顯著的差別，共價鍵具有如下的特點：1.共價鍵結(jié)合力的本質(zhì)是電性的，但不能認為純粹是靜電的。因為共價鍵的結(jié)合力是兩個原子核對共用電子對形成的負電區(qū)域的吸引力，而不是正負離子間的庫侖引力。共價鍵的結(jié)合力的大小決定于原子軌道重疊的多少，而重疊的多少又與共用電子數(shù)目和重疊的方式有關(guān)。1.共價鍵結(jié)合力的本質(zhì)是電性的，但不能認為純粹是靜電的。因為共價鍵的結(jié)合力是兩個原子核對共用電子對形成的負電區(qū)域的吸引力，而不是正負離子間的庫侖引力。共價鍵的結(jié)合力的大小決定于原子軌道重疊的多少，而重疊的多少又與共用電子數(shù)目和重疊的方式有關(guān)。例：共價叁鍵（C=C)、雙鍵(C=C)、單鍵（C-C)的結(jié)合力依次減小

（三）共價鍵的特點

（三）共價鍵的特點2.形成共價鍵時，組成原子的電子云發(fā)生了很大的變化。由于兩個原子軌道發(fā)生最大重疊，使兩核間幾率密度最大，但這并不意味著共用電子對僅存在于兩核之間，事實上共用電子是繞兩個原子核運動的，只不過這對電子在兩核之間出現(xiàn)的幾率較大罷了。

（三）共價鍵的特點3.共價鍵的飽和性。共價鍵的形成條件之一是原子中必須有成單電子，而且成單電子的自旋方向必須相反。由于一個原子的一個成單電子只能與另一個成單電子配對，形成一個共價單鍵，因此一個原子有幾個成單的電子（包括激發(fā)后形成的單電子）便可與幾個自旋相反的成單電子配對成鍵。例如氫原子1s軌道的1個電子與另一個氫原子1s軌道上的1個電子配對，形成H2分子后，每個氫原子就不再具有成單電子了，若再有第三個氫原子與H2分子靠近，也不可能再成鍵，故不能結(jié)合為H3分子。

（三）共價鍵的特點4.共價鍵的方向性。根據(jù)原子軌道最大重疊原理，在形成共價鍵時，原子間總是盡可能沿著原子軌道最大重疊的方向成鍵。軌道重疊越多，電子在兩核間的幾率密度越大，形成的共價鍵也就愈穩(wěn)定。由于原子軌道在空間有一定取向，除了s軌道呈球形對稱之外，p，d，f

軌道在空間都有一定的伸展方向。在形成共價鍵時，除了s軌道和s軌道之間可以在任何方向上都能達到最大程度的重疊外，p，d、f原子軌道的重疊，只有沿著一定的方向才能發(fā)生最大程度的重疊，因此共價鍵是有方向性的。

（三）共價鍵的特點例如：在形成H2S分子時，因為硫原子的最外層電子結(jié)構(gòu)為3S23px1py13pz2，兩個3s電子和3pz電子都已成對，另外兩個成單電子分布在3px和3py。所以當兩個氫原子與一個硫原子結(jié)合成H2S分子時，兩個氫原子的1s軌道，只有分別沿x軸和y軸方向接近硫原子的3px和3py，才能使原子軌道之間發(fā)生最大程度的重疊即才能形成穩(wěn)定的共價鍵，所以說共價鍵是有方向性的。由于3px和3py軌道互相垂直，對稱軸間的夾角為90°，因此在H2S分子中兩個S-H鍵間的夾角也應近似等于90°。但實際測定兩個S-H鍵間夾角為92°。

（三）共價鍵的特點所謂共價鍵的方向性：是指一個原子與周圍原子形成共價鍵有一定的角度。共價鍵具有方向性的原因是因為原子軌道（p，d，f）有一定的方向性，它和相鄰原子的軌道重疊成鍵要滿足最大重疊條件。共價鍵的方向性決定著分子的空間構(gòu)型，因而影響分子的性質(zhì)（如極性等）。

（四）共價鍵的類型由于原子軌道重疊的情況不同，可以形成不同類型的共價鍵。例如：兩個原子都含有成單的s和Px,Py,Pz電子，當它們沿x軸接近時，能形成共價鍵的原子軌道有：s-s、s-Px、Px-Px、Py-Py、Pz-Pz

（四）共價鍵的類型例如：這些原子軌道之間可以有兩種成鍵方式：一種是沿鍵軸的方向，以“頭碰頭”的方式發(fā)生軌道重疊，另一種是原子軌道以“肩并肩”（或平行）的方式發(fā)生軌道重疊

（四）共價鍵的類型例如，在氮分子的結(jié)構(gòu)中，就含有σ和π。分析成鍵過程？氮原子的電子層結(jié)構(gòu)為1s22s22p1x2p1y2p1z，當兩個氮原子相化合時，如果兩個N原子的Px軌道沿x軸方向“頭碰頭”重疊（即形成一個σ鍵），而兩個N原子Py-Py和Pz-Pz軌道只能以相互平行或“肩并肩“重疊，形成π鍵。026s++s+s-sx++px+s+s-px-+x++-xpx+px-px-++-px■特點：重疊程度大，牢固，可單獨存在。++--

（四）共價鍵的類型027“肩并肩”重疊—π鍵+pz-pz++--pzpz■特點：重疊程度小，易斷開，與σ共存。

（四）共價鍵的類型x++--yy+py-py++--pypyx++--yy“肩并肩”重疊—π鍵

（四）共價鍵的類型例如，在氮分子的結(jié)構(gòu)中，就含有一個σ和π。分析成鍵過程？氮原子的電子層結(jié)構(gòu)為1s22s22p1x2p1y2p1z，當兩個氮原子相化合時，如果兩個N原子的Px軌道沿x軸方向“頭碰頭”重疊（即形成一個σ鍵），而兩個N原子Py-Py和Pz-Pz軌道只能以相互平行或“肩并肩“重疊，形成π鍵。

（四）共價鍵的類型σ鍵π鍵重疊方式頭碰頭肩并肩重疊部分沿鍵軸呈圓柱形對稱分布垂直于鍵軸呈鏡面反對稱分布重疊程度較大較小存在方式可單獨存在與σ鍵共存穩(wěn)定性較牢固較易斷開例s-s,s-px,px

-pxpy

-py

,pz

-pz031

（五）共價鍵的參數(shù)——由成鍵原子的電負性不同而引起H2分子HHHCl分子正、負電荷重心重合非極性共價鍵(電負性:2.20)··HCl正、負電荷重心不重合極性共價鍵(電負性:3.16)1.鍵的極性··

（五）共價鍵的參數(shù)032

2.鍵能——化學鍵的平均離解能鍵能愈大，鍵愈牢固。H2(g)2H(g)E(H-H)=D(H-H)=436KJ·mol-1

(1mol理想氣態(tài))

例:(理想氣態(tài))雙原子分子（101.3kPa、298.15K）:

（五）共價鍵的參數(shù)0333.鍵長（L）——分子中兩成鍵原子的核間平衡距離（平均鍵長）鍵長愈短，鍵愈牢固。單鍵鍵長＞雙鍵鍵長＞三鍵鍵長例：C-C

154pm＞C=C

134pm＞C≡C

120pm

（五）共價鍵的參數(shù)034

4.鍵角（

）——分子中同一原子形成的兩個化學鍵間的夾角直線形結(jié)構(gòu)OHH104o45′BeClCl180oV形結(jié)構(gòu)鍵角+鍵長分子空間構(gòu)型確定延時符二、分子結(jié)構(gòu)036共價鍵的形成共價鍵的方向性和飽和性說明了解釋了無法解釋1931年P(guān)auling等人提出了雜化軌道理論在此基礎(chǔ)H2O中O-H鍵角104o45'CH4為正四面體結(jié)構(gòu)價鍵理論

（一）雜化軌道理論

（一）雜化軌道理論雜化：是指在形成分子時，由于原子的相互影響，若干不同類型能量相近的原子軌道混合起來，重新組合成一組新軌道。這種軌道重新組合的過程叫做雜化，所形成的新軌道就稱為雜化軌道，雜化軌道與其它原子的原子軌道重疊形成化學鍵。

（一）雜化軌道理論定義：能量相近的不同類型的原子軌道，可以在形成分子的過程中經(jīng)過能量均化的過程形成能量相等的軌道。雜化雜化軌道分類：sp3雜化、sp2雜化、sp雜化1.sp3雜化例如：在形成CH4分子，碳原子的一個2s電子被激發(fā)到2p空軌道，一個2s軌道和三個2p軌道雜化形成四個能量相等的sp3雜化軌道。C-H鍵：鍵（1s－sp3）四個sp3雜化軌道分別與四個H原子的1s軌道重疊成鍵，形成CH4分子，所以四個C-H鍵是等同的。四個sp3雜化軌道分別與四個H原子的1s軌道重疊成鍵，形成CH4分子，所以四個C-H鍵是等同的。碳原子的一個2s軌道和三個2p軌道雜化，組成四個新的能量相等、成分相同的雜化軌道。四個sp3雜化軌道分別指向正四面體的四個頂角，雜化軌道間的夾角為109.5°2.sp2雜化sp2雜化：雜化軌道是由一個ns軌道和兩個np軌道組合而成的，雜化軌道間的夾角為120°，呈平面三角形共平面三個sp2雜化軌道與一個未雜化的P軌道三個sp2雜化軌道共平面2.sp2雜化例如三氟化硼B(yǎng)F3分子，硼原子的電子層結(jié)構(gòu)為1s22s22p1x。當硼與氟反應時，硼原子的一個2s電子激發(fā)到一個空的2p軌道中，使硼原子的電子層結(jié)構(gòu)為1s22s12p1x2p1y，硼原子的2s軌道和兩個2p軌道雜化組合成三個sp2雜化軌道。硼原子的三個sp2雜化軌道分別與三個F原子的各一個2p軌道重疊形成三個sp2-p的σ鍵。由于三個sp2雜化軌道在同一平面上，而且夾角為120°（如圖4-16），所以BF3分子具有平面三角形的結(jié)構(gòu)（如圖4-17)。3.sp雜化sp雜化雜化軌道：是由一個ns軌道和一個np軌道組合而成的。sp雜化軌道間的夾角為180°呈直線型。3.sp雜化例如，氣態(tài)的二氯化鈹BeCl2分子的結(jié)構(gòu)。Be原子的電子結(jié)構(gòu)是1s22s2。從表面上看基態(tài)的Be原子似乎不能形成共價鍵，但是在激發(fā)狀態(tài)下，Be的一個2s電子可以進入2p軌道，使Be原子的電子結(jié)構(gòu)成為1s22s12p1。雜化軌道理論認為Be原子的一個2s軌道和一個2p軌道發(fā)生雜化，可形成兩個sp雜化軌道，雜化軌道間的夾角為180°。另外2個未雜化的空的2p軌道與sp雜化軌道互相垂直。Be原子的兩個p雜化軌道分別與氯原子中的3p軌道重疊，形成兩個p-p的σ鍵。由于雜化軌道間的夾角為180°，所以形成的Be分子的空間結(jié)構(gòu)是直線型的。

（一）雜化軌道理論課堂互動：分析甲烷、乙烷、乙烯、乙炔中碳原子的雜化類型例如：碳原子的一個2s電子被激發(fā)到2p空軌道，一個2s軌道和三個2p軌道雜化形成四個能量相等的sp3雜化軌道。

（一）雜化軌道理論1.甲烷、乙烷C-H鍵：

鍵（1s－sp3）C-C鍵：

鍵（sp3

－sp3）,C-H鍵：

鍵（1s－sp3）例如：碳原子的一個2s電子被激發(fā)到2p空軌道

（一）雜化軌道理論2.乙烯乙烯分子中的雙鍵碳原子為

雜化，三個

雜化軌道處于同一平面，兩個

碳原子各以一個雜化軌道通過軸向重疊形成σ鍵，未參與雜化的

垂直于該平面，兩個

從側(cè)面重疊形成

鍵。因此，烯烴分子中碳碳雙鍵是由一個

和一個

組成的。雙鍵sp2sp2p軌道p軌道πσ鍵π鍵

2.乙烯2.乙烯③π電子云不像σ電子云那樣集中在兩個原子核的連線上，而是分散在σ鍵所在平面的上、下方，離原子核較遠，受核的束縛力較小，因此，流動大，易受外界電場影響。①它是由兩個碳原子的p軌道側(cè)面重疊而成，因此不具軸對稱性。若兩個碳原子繞軸旋轉(zhuǎn)，則重疊會被破壞，所以，碳碳雙鍵不能自由旋轉(zhuǎn)。②側(cè)面重疊程度比軸向重疊程度要小，所以，π鍵不如σ鍵牢固，容易斷裂。π鍵有以下特征：3.乙炔

（一）雜化軌道理論在炔烴分子中，叁鍵碳原子為

雜化方式。下面以乙炔為例說明炔烴的結(jié)構(gòu)。在乙炔分子中，這