无机及分析化学教学课件3物质结构基础(2).pptx

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1、3.3化学键理论前两节讨论了原子结构，3.3节和3.4节讨论分子结构，包括两方面的问题：（1）分子中直接相邻的原子间的化学键问题（3.3节）（2）分子的空间构型(即几何形状)问题（3.4节）按照形成方式与性质的不同，化学键可分为:(1)共价键(2)离子键(3)金属键本节主要介绍共价键理论，离子键和金属键理论将在“3.5晶体结构”一节中介绍。Lewis共价键理论1916年，美国的路易斯（G.N.Lewis)提出共价键理论，认为分子中的原子都有形成稀有气体原子的8电子外层电子构型（He为2电子）的趋势，即八隅体规则，而达到这种结构，并非通过电子转移形成离子键来完

2、成，而是通过共用电子对来实现。例如氢分子中的两个氢原子，通过共用一对电子，每个氢原子均成为He的电子构型，形成共价键。Lewis的贡献在于提出了一种不同于离子键的新的化学键（通过共用电子对而形成的化学键称为共价键），解释了电负性较小的元素原子之间成键的原理。但Lewis没有说明这种键的实质，适应性不强。在解释BCl3，PCl5等未达到稀有气体结构的分子时，遇到困难。3.3.1价键理论在20世纪30年代初，随着量子力学的发展，建立了两种化学键理论来解释共价键的形成：价键理论和分子轨道理论。1927年，英国物理学家海特勒(Heitler)和德国物理学家伦敦(Lo

3、ndon)成功地用量子力学处理H2分子的结构。1931年，美国化学家鲍林(Pauling)和斯莱特(Slater)把处理H2分子的方法推广应用于其他分子而发展成为价键理论(valencebondtheory)，简称VB理论或电子配对法。（1）当两个具有相同si的H原子靠近时，两核间电子云概率密度，两核的排斥作用，此时为排斥态，系统能量，不能形成稳定的分子。1、氢分子的形成H(1s1)+H(1s1)（2）当两个具有相反si的H原子靠近时，两核间电子云概率密度，两核的排斥作用，此时为吸引态，系统能量，能形成稳定的分子。量子力学处理氢分子的结果从理论上

4、解释了为什么电子配对可以形成共价键。用薛定谔方程处理氢分子的系统时，得到了两个氢原子相互作用能(E)与核间距(R)之间的关系图。EⅡEⅠ436kJmol1吸引态排斥态74pm注意：EI线在核间距74pm处有能量最低值，E=-436kJmol1，两核进一步靠近，E。74pm是H2的键长，436kJmol1是H2的键能。H2电子云概率密度图Ⅱ排斥态自旋方向相同Ⅰ吸引态自旋方向相反2、价键理论的两个基本要点（1）两原子接近时，自旋相反(si=+1/2,si=1/2)的未成对价电子可以配对，形成稳定的共价键。根据原子中未成对价电子的数目可确定相应的

5、成键情况。若A、B两原子各有一个自旋相反的未成对电子，则可以形成稳定的共价单键，如HCl分子。若两原子各有两个或三个自旋相反的未成对电子，则可以形成共价双键(A=B)或共价三键(A≡B)，如N2分子中的N≡N三键(N原子中有3个未成对的2p电子)。若A原子有能量合适的空轨道，B原子有孤电子对，B原子的孤电子对所占据的原子轨道和A原子的空轨道能有效重叠，则B原子的孤电子对可以与A原子共享，形成的共价键称为共价配键，以符号AB表示。（2）共价键的本质是原子轨道的重叠和共用电子对的形成，轨道的重叠程度愈大，共价键愈稳定。共价键总是尽可能沿轨道最大重叠的方向形成，

6、即最大重叠原理。(1)共价键的饱和性——决定分子的共价键数目指每个原子的成键总数或以单键相连的原子数目是一定的。一个原子有n个未成对电子，则最多可与n个自旋相反的单电子配对成键；如：3、共价键的两个基本特征HHHNHFOHH(2)共价键的方向性——决定分子的几何构型根据最大重叠原理，在形成共价键时，原子间总是尽可能的沿着原子轨道最大重叠的方向成键。电子云重叠最大的方向即共价键的方向。s轨道和px轨道的三种重叠情况+H1、物质的磁性物质的磁性是指它在磁场中表现出来的性质，可分为两大类：顺磁性物质和反（抗）磁性物质。3.3.2分子轨道理论顺磁性物质：受磁场吸引

7、，磁矩0；反(抗)磁性物质：受磁场排斥，磁矩=0；顺磁性反(抗)磁性物质的磁性与其内部的电子自旋状态有关。（i）若电子全部耦合成对，电子自旋产生的磁效应彼此抵消，表现为反磁性；（ii）若有未成对的单电子，电子自旋产生的磁效应不能抵消，表现出顺磁性，未成对电子数愈多，顺磁性愈大。一般用磁矩（）描述顺磁性大小。反磁性物质：=0。磁矩：描述物质顺磁性大小的物理量，常用单位：玻尔磁子，用符号“BM”表示。n：分子中未成对电子数可由实验测定，通过值可估算分子中未成对电子数。如两个O原子按VB理论，单电子相互配对，O2分子结构为：O2分子磁矩应为0。但

8、实验测定(O2)=2.83BM，即O2中n=2，有