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1、第二讲分子的结构与性质一、共价键的类型与性质二、分子结构与分子的性质一、共价键的类型与性质1.共价键的类型(1)共价键的形成我们来看两个氢原子是如何形成氢分子的。当两个氢原子相距很远时，每个氢原子中的电子在各自的原子轨道上运动。当两个氢原子相距较近时，这两个氢原子各自的运动区域——原子轨道就会重叠，形成新的运动区域，这两个电子就在新的区域中运动。在这个新的区域中，由于两个氢原子核的吸引作用，电子更多的处于两个氢原子核的之间，使两个氢原子相互结合形成了共价键,结合成氢分子。两个氢原子形成氢分子，可用下图表示。两个氢原子相互靠拢轨道重叠形成新的运动区域，结合成氢分子
2、H2两个氢原子形成氢分子示意图两个氢原子的原子轨道重叠到一起形成的新运动区域，就是分子轨道。两个原子轨道形成两个分子轨道，一个比原来原子轨道的能量低，是成键轨道，上图中的新的运动区域就是H2分子的成键分子轨道图示；另一个比原来原子轨道的能量高，是反键轨道。(2)键和键氢分子中形成的共价键就是键。这个键是两个s原子轨道形成的,称为s-s键。p原子轨道与s原子轨道也能形成键,如HF中的共价键就是这样的键。HF中的s-p键p原子轨道与p原子轨道、s原子轨道与d原子轨道、p原子轨道与d原子轨道、d原子轨道与d原子轨道等也能形成键,见下图。p-p键、s
3、-d、p-d键及d-d键示意图从上面各种类型的键可以看出,键可以认为是原子轨道“头对头”形成的化学键。原子轨道除“头对头”形成键外,还能不能采取其他方式形成其他形式的化学键呢？键就是另外一种类型的化学键。若p原子轨道与p原子轨道“肩并肩”的重叠到一起，就形成了键。p-p原子轨道“肩并肩”形成的键思考:除p-p键外,p原子轨道与d原子轨道、d原子轨道与d原子轨道也能形成键,讨论这些键的图象,并画出示意图。由于氢原子只有1s价轨道,因此氢原子只能形成一个键;第二周期元素的价轨道有2s和3个2p轨道,因此这些元素既可以形成键,也可以形成p-p
4、键,如氮原子的价电子组态为2s22p3,当两个氮原子结合到一起时,就用三个2p轨道形成一个键和两个键,因此氮分子一般写为:NN。分子中的共价键哪些是键、哪些是键?一般来说,除几个别情况外,几乎所有的共价单键都是键;而共价双键中一般一个是键另一个是键,如乙烯H2C=CH2中的碳碳双键一个是键另一个是键;共价三键由一个键和两个键形成,如N2。但是,硼分子B2中的共价单键是键,不是键;碳分子C2中的共价双键是两个键,没有键。这些只是特殊情况。2.共价键的性质(1)键的极性对同核双原子分子来说,分子中两个原子吸引电子的能力相同,两个原子
5、都是电中性的,因此同核双原子分子中的共价键是非极性共价键。若不同原子形成共价键,它们吸引电子的能力不同,吸引电子能力强的原子带部分负电荷,而吸引电子能力弱的原子带部分正电荷,从而使这样的共价键成为极性共价键。如HF、CO2、SO2、H2O、NO、O3等分子中的共价键都是极性共价键。(2)共价键的键能我们知道化学键有强有弱，如何定量表示共价键的强弱呢？化学上一般采用键能来表示共价键的强弱。如果我们使1mol气态H2中的化学键断开,生成气态氢原子,需要吸收436.0kJ的能量,因此H－H键的键能为436.0kJ/mol。可见,键能(Bondenergy)就是在101
6、.3kPa压力下、298K时,将1mol气态分子AB中的化学键断开,生成气态A和B原子所需要吸收的能量。一般来说,键能越大化学键越强,含该键的分子就越稳定。例如NN的键能为946kJ/mol,比常见的双原子分子的键能都大,这说明N2是最稳定的双原子分子。下表列出了某些共价键的键能。某些共价键的键能键键能/kJ·mol-1键键能/kJ·mol-1H－H436.0O＝O497.3Cl－Cl242.7C－H413.4Br－Br193.7O－H462.8I－I152.7N－H390.8C－C347.7H－F586.6C＝C615H－Cl431.8C≡C812H－Br3
7、65.7N≡N946H－I298.7(3)共价键的键长两个形成共价键的原子,其原子核之间的距离就是共价键的键长(Bondlength)。键长是衡量共价键稳定性的另一个参数。一般来说,两个原子之间形成的化学键越短,该化学键就越强。例如,C－C的键长为0.154nm,键能为346kJ/mol;C=C的键长为0.133nm,键能为613kJ/mol;CC的键长为0.120nm,键能为845kJ/mol。下表给出了部分共价键的键长。部分共价键的键长键键长/pm键键长/pmH－H74C≡C120F－F141C－H109Cl－Cl198O－H96Br－Br228N－H10
8、1I－I267N≡N11
