宋天佑《无机化学》第5章

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1、分子内部原子之间的结合力一般是共价键。共价键理论分为经典共价键理论和现代共价键理论。第五章分子结构和共价键理论继离子键理论产生之后，美国科学家路易斯（Lewis）1916年，提出共价键理论。理论认为分子中的原子都有形成稀有气体原子的电子构型的趋势，求得自身的稳定。但达到这种结构，可以不通过电子转移形成离子和离子键来完成，而是通过共用电子对来实现。ClHH+Cl例如H+HHH••••通过共用一对电子，每个H原子和Cl原子分别实现He和Ar的电子构型，形成一个共价键。H－C=OHHCHONO[]+NO+也可以用“—”代表一对共用电子或一个共价键。如Lewis的贡献，在于提出

2、了一种不同于离子键的新的键型。解释了电负性差比较小的元素的原子之间成键的事实。但Lewis没有说明这种键的实质，所以理论适应性不强。在解释BCl3，PCl5等分子的成键时，遇到困难。BCl3因为其中的原子未全部达到稀有气体原子的电子构型PCl51927年，Heitler和London用量子力学处理氢气分子H2，揭示了两个氢原子之间的化学键的本质。5.1价键理论使共价键理论从经典的Lewis理论发展到今天的现代共价键理论。量子力学计算表明，两个具有1s1电子构型的H彼此靠近并保持一定距离时两个1s电子以自旋相反的方式形成电子对，使体系的能量降低。这时的能量低于两个H原

3、子单独存在时的能量。表明两个H原子之间形成了化学键。破坏H2的化学键，使之成两个H原子要吸收能量，这个能量与H2分子中化学键的键能有关。H2中两个H原子之间的特定距离与H2中化学键的键长有关。从电子云的观点考虑，可认为H的1s电子云在两核间重叠。电子在两核间出现的概率大，形成负电区。两核吸引核间负电区，使两个H原子结合在一起。将对H2的处理结果推广到其他分子中，形成了以量子力学为基础的价键理论。valencebondtheory简称VB法A，B两原子各有一个成单电子，若两个电子所在的原子轨道能量相近且对称性相同，5.1.1共价键的形成当A，B相互接近时，两电子能以自旋相

4、反的方式结成电子对。于是体系能量降低，即形成化学键。一对电子形成一个共价键。形成的共价键越多，则体系能量越低，形成的分子越稳定。因此，各原子中的未成对电子尽可能多地形成共价键。HCl分子中，也形成一个共价键。N2分子怎样呢?例如，H2中，可形成一个共价键；已知N原子的价电子结构为2s22p32s2p每个N原子有三个单电子，所以形成N2分子时，N原子与N原子之间可形成三个共价键。或NNNN写成考察CO分子O2s22p4C2s22p2形成CO分子时，与N2相仿，同样用了3对电子，形成3个共价键。O2s22p4C2s22p2与N2不同之处是，其中有一个共价键具有特殊性O2s2

5、2p4C2s22p2C原子和O原子各提供一个2p轨道，互相重叠，但是电子是由O原子独自提供的。O2s22p4C2s22p2这样的共价键称为共价配位键，经常简称为配位键或配键。于是，CO可表示成CO配位键形成的条件：一个原子中有孤电子对；而另一原子中有可与孤电子对所在轨道相互重叠的空轨道。在配位化合物中，经常涉及到配位键。在形成共价键时，单电子也可以由对电子分开而得到。如CH4分子中，C原子2s22p2，只有2个单电子。2s中一个电子，跃迁到空的2p轨道中，此过程称为激发。2p2s激发2p2s注意，激发需要吸收能量，从能量角度考虑是不利的。激发后C原子有4个单电子。2p2

6、s于是C与4个H成键，形成CH4分子。这将比形成两个共价键释放更多的能量，足以补偿激发时吸收的能量。同样，也可以解释PCl5分子的成键。P原子3s23p33个单电子3d3p3s3d3p3s3d3p3s激发与5个Cl形成共价键。激发后，有5个单电子3d3p3s必须指出，激发与成键是化合物形成过程的两个方面，应该认为它们是同时发生的。谈激发后可以形成更多的化学键，只是为了叙述的方便。5.1.2共价键的饱和性和方向性共价键的数目由原子中单电子数目决定。O有两个单电子，H有一个单电子，故两者形成两个共价键，结合成一个H2O分子。H3O+离子怎样形成？单电子数目包括原有的和激发而

7、形成的。C最多能与4个H形成共价键。原子中单电子数决定了共价键的数目。所以共价键具有饱和性。共价键的数目，决定共价化合物中元素的化合价。化合价的正与负取决于元素的电负性大小。例如H2O分子中O元素为－2价H元素为+1价CH4分子中C元素为－4价H元素为+1价各原子轨道在空间的分布方向固定。为使成键轨道在对称性一致的基础上最大程度地重叠原子间形成的共价键，当然要具有方向性。1s+z3pz+z以HCl为例两成键轨道均以z轴为对称轴。Cl的3pz和H的1s轨道重叠，只有沿着z轴进行，才能在保证对称性一致的基础上，实现最大程度的重叠。Cl2分子中