《共价键与分子的空间构型》素材1（鲁科版选修3）

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1、第二节共价键与分子的空间构型柯塞尔和路易斯——化学键理论的开创者到现在为止，人们已经发现一百多种元素。这一百多种元素能够形成无数的化合物（人类发现和合成的化合物已超过3000万种）。各种原子是以什么力量和什么方式相结合的，这历来是化学家关心的化学理论的核心问题。在20世纪以前，化学家曾用“化学亲和力”、“原子价”等概念来表示原子结合的秘密，但是对其本质却谁也说不清楚。当卢瑟福的行星式原子模型及玻尔的核外电子分层排布理论提出后，化学键理论也逐步向前发展了。1916年德国物理学家柯塞尔（WaltherKossel，1881-1956年）提出原子的价电子理论。他认为：（1）必须用

2、原子结构理论，特别是原子的外层电子的得失来说明原子结合成分子的原因。（2）原子稳定的电子层结构是稀有气体（旧称惰性气体）的8电子结构。其他元素的原子都有获得或失去电子，以达到8电子结构的倾向，形成稳定的离子。（3）阴、阳离子间靠静电引力而形成稳定的化学键——离子键。柯塞尔的理论成功地解释了典型金属和非金属相互作用形成离子化合物。虽然这个理论不能解释氢气、氯化氢和二氧化碳分子的形成，但他把离子化合物从化合物中区别出来，并用原子核外电子排布加以解释，是一大成功。同年，美国化学家路易斯（GilbertNewtonLewis，1875-1946）发表了《原子和分子》的论文，提出共价

3、键的理论：（1）每个原子由“核”和外壳组成，外壳由带负电的电子组成。（2）原子倾向于生成由偶数电子组成的外壳，通常是8个电子。（3）两个原子的外壳可以相互渗透，即电子可以进入两个原子的外壳并为它们所共有。以后美国化学家朗缪尔发展了路易斯的理论，提出了共用电子对可由1个原子单方面提供的新观点，这就是后来所说的“配位键”。1923年路易斯也提出电子对概念，还用电子式表示一些无机物和有机物的结构。例如：高考学习网－中国最大高考学习网站Gkxx.com

4、我们负责传递知识！在上述电子式中，单键、双键和叁键分别用1对、2对和3对电子表示。这种方法是路易斯首创，为化学家所赞同，被称为路易

5、斯式，一直延用至今。这已足以表明，路易斯的共价键理论在化学史上所起的重要作用。柯塞尔、路易斯的化学键的电子理论，从原子的外层电子的运动中论述化学键的概念，迅速为广大化学工作者接受。科学家循着化学键的电子理论开辟的道路继续探索，建立了新的物质结构理论——量子化学。正像布埃斯特说：“科学的界限就像地平线一样，你越接近它，它挪得越远。”科学是没有尽头的，人的认识也决不会停留在一个水平上，将永远向前攀登新的高峰。科学家发现碳70单晶具有超导性10年前科学家首次观察到电子掺杂的碳60分子具有超导性。自那时起，科学家对富勒烯家族中的另一成员碳70做过多次实验，但始终未观察到它也具有预期

6、的超导性。最近，美国贝尔实验室的科学家宣布，他们在研究中已观察到了电子掺杂的碳70所具有的超导性，而且发现其超导转换温度大约为7K。 　　据《自然》杂志报道，研究人员利用与制取碳60相同的方法制取了不足1立方毫米的碳70单晶体，然后在氙气中将晶体进行处理，发现晶体并没有与这种惰性气体结合。通过X光分析，科学家发现碳70单晶体是六角紧密堆积的六方晶体，其c轴和a轴比值为1.63。　　在随后的实验中，研究人员又以金作电极、以氧化铝作绝缘膜，制备了一个超导—绝缘—超导的场效应晶体管。研究人员观察发现，这个场效应晶体管是N沟道晶体管，当置于一个强磁场时，晶体分子的最表层会聚集相当数

7、量的自由电子。当温度超过1.7K时，含3个自由电子的碳70分子显示出超导性。而当温度为7K时，含4个自由电子的碳70高考学习网－中国最大高考学习网站Gkxx.com

8、我们负责传递知识！的电阻开始下降，当温度为6K时，其电阻下降了一半。这表明电子掺杂的碳70开始由常态向超导态过渡。　　科学家认为，这一实验结果表明，富勒烯家族其它成员也极有可能具有超导性。此前实验证实，电子掺杂的碳60最高转换温度为40K，而此次测知电子掺杂的碳70的转换温度为7K，这一变化正好印证了科学家的预言，即电子—声子的偶合效应随分子曲率的增加而增加。那么，如果电子密度恰当的话，像碳36这样较小富勒烯的

9、超导转换温度甚至应该高于碳60。21世纪的化学是研究泛分子的科学21世纪的化学是研究泛分子的科学。泛分子的名词是仿照泛太平洋会议(PanPacificConference),泛美航空公司(PanAmericanAirLine)等提出的。泛分子是泛指21世纪化学的研究对象。它可以分为以下10个层次：（1）原子层次棗例如近来受到重视的碱金属原子的Bose-Einstein凝聚态。（2）分子片层次棗分子片是指组成分子的碎片，例如［1，2］：一价分子片：CH3,OH,Mn(CO)5,Co(CO)4，二价分子片：CH2