固体物理学ch2-s2.ppt

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1、共价结合的晶体称为共价晶体(或同极晶体、原子晶体)，共价结合是靠两个原子各贡献一个电子形成共价键。IV族元素C(Z=6)、Si、Ge、Sn(灰锡)等晶体为共价结合，属金刚石结构。§2-2共价结合(covalentbond）1.氢分子中的共价键(1)价键理论(ValenceBondTheory)1916年，美国科学家路易斯（Lewis）提出共价键理论。认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势，求得本身的稳定。而达到这种结构，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。由于Le

2、wis没有说明这种键的实质，所以适应性不强。1927年，Heitler和London用量子力学处理氢气分子H2，解决了两个氢原子之间的化学键的本质问题，使共价键理论从经典的路易斯（Lewis）理论发展到今天的现代共价键理论。所以，氢分子是典型的共价键结合的分子。例如H+H=HH通过共用一对电子，每个H均成为He的电子构型，形成一个共价键。••••计算还表明，若两个1s电子以相同自旋的方式靠近，则r越小，U越大。此时，不形成化学键。如图中上方红色曲线所示，能量不降低。U0Ubrro反键态成键态（2

3、）氢分子中的共价键量子力学计算表明，两个具有1s1电子构型的H彼此靠近时，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。H2中的共价键，可以认为是电子自旋相反成对，结果使体系的能量降低。从电子云的观点考虑，可认为H原子的1s轨道在两核间重叠，使电子在两核间出现的几率大，形成负电区。两核吸引核间负电区，使2个H原子结合在一起。将对H2的处理结果推广到其它分子中，形成了以量子力学为基础的价键理论。总结：共价键的形成A、B两原子各有一个成单电子，当A、B相互接近时，若两个电子所在的原子轨道能量相近

4、，对称性相同，则可以相互重叠，两电子以自旋相反的方式结成电子对。于是体系能量降低，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。（1）共价键的饱和性共价键的数目由原子中单电子数决定，包括原有的和激发而生成的，即为共价键的饱和性。因此，一个原子与其它原子形成共价键的数目是有限的。共价键的形成，一般符合8-N价键法则。Ｎ是价电子数，８－Ｎ等于最外壳层的空态数目。（注意：对于ANB8-N型化合物晶体8-N价键法则不适用）

5、2.共价键结合的两个基本特征——饱和性和方向性价电子壳层如果不到半满，所有电子都可以是不配对的，因此成键的数目就是价电子数目。价电子壳层超过半满时，根据泡利原理，部分电子必须自旋相反配对，形成的共价键数目小于价电子数目。方向性是指一个原子与其它原子形成的各个共价键之间有确定的相对取向。（2）共价键的方向性各原子轨道在空间分布方向是固定的，为了满足轨道的最大程度重叠，原子间成的共价键，当然要具有方向性。根据共价键的量子理论，共价键的强弱取决于角动量

6、J

7、的大小，两个电子的波函数交叠越大，

8、J

9、值约大，结合

10、越强，故原子总是在价电子波函数最大的方向上形成共价键。成键时能级相近的价电子轨道混合杂化，形成新的价电子轨道——杂化轨道。杂化前后轨道数目不变。杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。3.杂化轨道（ｐ５９）(2)杂化轨道类型(a)sp杂化;(b)sp2杂化;(c)sp3杂化;(d)不等性sp3杂化(1)杂化轨道理论基本要点（３）杂化轨道的类型与分子的空间构型直线形三角形四面体三角锥V型s+ps+(3)ps+(2)ps+(3)p参加杂化的轨道2443杂化轨道数成键轨道夹角分子空间构型杂化轨道类型spsp2sp3

11、不等性sp3轨道杂化实例甲烷（CH4）BF3BeH2NH3（３）杂化轨道的类型与分子的空间构型直线形三角形四面体三角锥V型s+ps+(3)ps+(2)ps+(3)p参加杂化的轨道2443杂化轨道数成键轨道夹角分子空间构型杂化轨道类型spsp2sp3不等性sp3轨道杂化实例甲烷（CH4）BF3BeH2NH3等性与不等性的差别在于杂化轨道是否都是成相同键的电子轨道CH4属于等性杂化，NH3属于不等性杂化。CH4四个轨道都用来成键，而NH3中N有三个轨道用来成键，还有一个被一对孤对电子占据，四个轨道作用不同，

12、所以称不等性杂化.在形成共价键时，如甲烷CH4分子，C原子2s22p2，只有2个单电子。2p2s2p2s电子激发2s中一个电子，跃迁到空的2p轨道中，称为激发。激发后C原子有4个单电子。注意：激发需要吸收能量，从能量角度考虑是不利的。于是形成甲烷（CH4）分子时，C与4个H成键。这将比形成2个共价键释放更多的能量，足以补偿激发时吸收的能量。C原子SP3杂化sp3甲烷CH4的空间构型为正四面体C：2s22p2∠HCH=109°