第10章 共价键与分子结构

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1、第10章CovalentBondandMolecularStructure共价键与分子结构Chapter10本章教学内容10.1共价键理论10.2杂化轨道理论10.3价层电子对互斥理论10.4分子轨道理论物质的性质取决于两种因素：一种是组成物质的元素原子；另一种是个元素原子之间的相合结合。这种相互结合的方式叫做化学键。一个化学反应的过程，实际上是一个旧键被破坏，新化学键形成的过程。按着两原子之间相互作用力的不同，化学键可以分为三类：共价键、离子键和金属键。ValencebondpicturesofH2O10.1共价键理论10.1.1

2、路易斯理论与H2分子10.1.2现代价键理论10.1.3共价键的特点10.1.4共价键的类型10.1.5键参数原子间形成化学键时，若原子间电负性相差不大时甚至相等时，则形成共价键。最早的共价键理论是1916年路易斯提出来的共用电子对理论，即路易斯理论；1927年，美籍德国物理学家海特勒和美籍波兰物理学家伦敦提出了价键理论（VB法）；1931年，美国化学家鲍林提出了杂化轨道理论；1931年，美国化学家马利肯和德国化学家洪德提出了分子轨道理论。♪♪♪♪10.1.1路易斯理论稀有气体原子的电子结构，即八隅体结构最为稳定。当两原子的元素电负

3、性相差不大时，原子间通过共用电子对的形式，达到八隅体稳定结构，形成共价键。路易斯理论（八隅体规则）H2O分子的形成：N2分子的形成：N·..:·N..:+NN......::路易斯理论的缺陷1)把电子看成静止不动的负电荷，无法解释带负电荷的电子不互相排斥反而相互配对。2)无法解释共价键的方向性。3)无法解释某些共价分子中原子的外层电子数少于8（如BF3）或多于8（如PCl5）却相当稳定。练习：写出BF4-离子的Lewis结构式。BFFFF10.1.2现代价键理论（VB法）价键理论的基本要点价键理论认为，一个共价键的形成必须具备以下

4、两个条件：参与形成共价键的两个原子，各自都必须提供一个自旋相反的未成对电子，才能配对形成一个共价键。1）电子配对成键原理电子配对成键原理决定了共价键具有饱和性。例：HF分子的形成1s22s22p51s1FH结论：一个原子所能形成共价键的数目等于该原子中未成对电子的数目。H3C–CH3共价单键H2C=CH2共价双键HCCH、NN共价叁键在满足电子配对的条件下，核间电子云重叠区域越大，形成的共价键越稳定，分子能量越低。2） 原子轨道最大重叠原理轨道最大重叠原理决定了共价键具有方向性。成键的原子轨道重叠部分波函数的符号必须相同。++++

5、+共价键方向性++-不满足轨道最大重叠原理10.1.3共价键的特点方向性共价键的方向性是由轨道最大重叠原理决定的。它不仅决定了分子的几何构型，而且还影响着分子的极性和对称性等分子性质。HCl的s-px重叠示意图zxpxs(a)zxpxs(b)zxpxs(c)++++++---√共价键的特点饱和性共价键具有饱和性是由电子配对成键原理决定的。每种元素原子的未成对电子数的多少，决定了该原子所能形成共价键的数目。例如：（1）氢原子有一个未成对的1s电子，与另一个氢原子的1s电子配对形成H2分子之后，就不能与第三个氢原子的1s电子继续结合形成

6、H3分子。（2）氮原子外层有三个未成对的2p电子，可以同三个氢原子的1s电子形成三个共价单键，形成NH3分子。10.1.4共价键的类型共价键按重叠方式分σ键（头碰头）（强）π键（肩并肩）（弱）按共用电子对来源分普通共价键（双方）配位共价键（单方）σ键当原子轨道沿键轴方向“头碰头”重叠，重叠部分沿键轴呈圆柱形分布，所形成的共价键称为σ键。pxpxpxpxssπ键当两个原子轨道以“肩并肩”的形式重叠时，所形成的共价键称为π键。py–py(a)(b)(c)(d)pz–pzp－pdxz–pzπ成键方式示意图√√例：N2分子中两个N原子各有三

7、个成单电子。↑↓↑↓↑↑↑pxpypz1s22s22p3N:当两个N原子沿x轴靠近时，会发生px–px、py–py、pz–pz轨道重叠。其中两个原子px–px轨道的重叠形成σ键，py–py、pz–pz轨道的重叠形成两个π键。所以N2分子中，有1个σ键，2个π键。δ成键方式示意图δ键当两个原子的d轨道以“面对面”的方式重叠时，所形成的共价键为δ键。δ键有两个节面：xz和yz。键多存在于含有过渡金属原子或离子的化合物中。10.1.5键参数化学键的性质可以用一系列物理量来表征。例如，用键能表征键的强弱，用键长、键角描述分子的空间构型，用

8、元素的电负性差值衡量键的极性等。这些表征化学键性质的物理量称为键参数。键长分子中两原子核间平衡距离称为键长。如氢分子中两个原子的核间距为74.2pm，所以H-H键的键长就是74.2pm。键长愈短，键愈牢固单键键长＞双键键长＞叁键键长部