第6章分子结构和共价键理论ppt课件.pptx

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1、20世纪30年代前后，量子力学理论的建立及其在化学领域的应用，使得化学键理论及分子结构的研究工作得到飞速发展。第6章分子结构和共价键理论化学键的键能一般在一百到几百千焦每摩尔。多原子分子或离子内部原子之间的结合力一般是共价键。本章主要介绍经典共价键理论和现代共价键理论以及共价键与分子或离子几何构型的关系。6.1路易斯理论1916年，美国科学家路易斯（Lewis）提出共价键理论。理论认为同种元素的原子之间以及电负性相近的元素的原子之间可以通过共用电子对形成分子通过共用电子对形成的化学键称为共价键。形成的分子称为共价分子。在分子中，每个原子均应具有稳定的稀有气体原子的8电子外层

2、电子构型（He为2电子），习惯上称为“八隅体规则”。但达到这种结构，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。每一个共价分子都有一种稳定的符合“八隅体规则”的电子结构形式，称为路易斯结构式。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。又如ClHH+ClH－C=OHHCHONO[]+NO+也可以用“—”代表一对共用电子或一个共价键。如路易斯的共价键概念初步解释了一些简单非金属原子间形成共价分子或离子的过程，并明确地表现出其与离子键的区别。但Lewis没有说明共价键的实质，所以理论适应性不强。在解释BCl3，P

3、Cl5等分子的成键时，遇到困难。BCl3因为其中的原子未全部达到稀有气体的电子构型PCl51927年，Heitler和London用量子力学处理氢气分子H2，揭示了两个氢原子之间的化学键的本质。6.2价键理论使共价键理论从经典的Lewis理论发展到今天的现代共价键理论。6.2.1共价键的本质量子力学计算表明，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。rV0－Dro横坐标H原子间的距离纵坐标体系的势能V且以r时的势能值为纵坐标的零点。rV0－Dro从图中可以看出，r=r0时，V值最小。rV0－Dror=r0时

4、，V=－D（D>0，－D<0）rV0－Dro这表明r=r0时，时两个H原子之间形成了化学键。rV0－Dro这种状态称为氢分子的基态。rV0－Dro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，V越大。rV0－Dro两个1s电子以相同自旋的方式靠时，不形成化学键。rV0－Dro两个1s电子以相同自旋的方式靠近。此时，能量不降低。见红线。rV0－Dro这种不稳定的状态称为氢分子的推斥态。rV0－Dro2r2r量子力学计算结果表明，基态分子中两核之间的电子概率密度2远远大于推斥态分子中核间的电子概率密度。由

5、于自旋相反的两个电子的电子云密集在两个原子核之间，降低了两核之间的正电排斥，使系统能量降低，从而能形成稳定的共价键推斥态的两个电子的电子云在核间稀疏，几率密度几乎为零，体系的能量升高，所以不能成键。从共价键形成来看，共价键的本质是电性的。共价键的结合力是两个原子核对共用电子对形成负电区域的吸引力，而不是正负离子之间的库仑作用力。6.2.2价键理论要点1930年鲍林等人发展了量子力学对氢分子成键的处理结果，建立了现代价键理论。若A，B两原子各有一个成单电子，当A，B相互接近时，两电子以自旋相反的方式结成电子对。1.共价键的形成条件是：两个电子所在的原子轨道能量相近，对称性相同

6、。于是体系能量降低，即形成化学键。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。HCl分子中，也形成一个共价键。N2分子怎样呢?例如，H2中，可形成一个共价键；已知N原子的价电子结构为2s22p32s2p每个N原子有三个单电子，所以形成N2分子时，N原子与N原子之间可形成三个共价键。或NNNN写成考察CO分子O2s22p4C2s22p2形成CO分子时，与N2相仿，同样用了3对电子，形成3个共价键。O2s22p4C2s22p2与N2不同之处是，其中有一个共价键具有特殊性O2s22p4C2s22p2C

7、原子和O原子各提供一个2p轨道，互相重叠，但是电子是由O原子独自提供的。O2s22p4C2s22p2这样的共价键称为共价配位键，经常简称为配位键或配键。于是，CO可表示成CO配位键形成的条件：一个原子中有孤电子对；而另一原子中有可与孤电子对所在轨道相互重叠的空轨道。在配位化合物中，经常涉及到配位键。如CH4分子中，C原子2s22p2，只有2个单电子。在形成共价键时，单电子也可以由对电子分开而得到。2s中一个电子，跃迁到空的2p轨道中，此过程称为激发。2p2s激发2p2s注意，激发需要吸收能量，从能量角度考虑是不利的