大学课程共价键解析.ppt

第十章 共价键与分子结构 第一节 现代价键理论 第二节 轨道杂化理论 第三节 价层电子对互斥理论 第四节 分子轨道理论 第五节 离域π键 第六节 分子间作用力和氢键 第七节 原子晶体和分子晶体 第一节　现代价键理论 一、共价键的本质 二、价键理论的基本要点 三、共价键的类型 四、配位共价键 五、共价键参数 一、共价键的本质 1916 年，美国化学家路易斯提出了经典共价 键理论。路易斯认为：分子中的每个原子都有达 到稳定的稀有气体结构的倾向，在非金属原子组 成的分子中，原子达到稀有气体稳定结构不是通 过电子的得失，而是通过共用一对或几对电子实现的。这种由共用电子对所形成的化学键称为共价键。 海特勒和伦敦用量子力学处理氢分子形成的 过程中，得到氢分子的能量与核间距之间的关系 曲线。 如果两个氢原子的电子自旋相反。当它们相互接近时，随着核间距减小，两个氢原子的 1s 轨道发生重叠，两个原子核间形成一个电子出现的概率密度较大的区域，既降低了两个原子核间的正电排斥，又增加了两个原子核对核间电子出现的概率密度较大区域的吸引，系统能量逐渐降低，当核间距减小到平衡距离时，能量降低到最低值，两个氢原子形成氢分子。 如果两个氢原子的电子自旋相同，随着核间距的减小，两个原子核间电子出现的概率密度降低，增大了两个原子核的排斥力，系统能量逐渐升高，且比两个远离的氢原子能量高，不能形成稳定的氢分子。 二、价键理论的基本要点 价键理论的基本要点是： （1）两个原子接近时，自旋方式相反的未成对电子可以配对形成共价键。 （2）一个原子含有几个未成对电子，通常就能与其他原子的几个自旋方式相反的未成对电子配对形成共价键。一个原子所形成的共价键的数目，受未成对电子数目的限制，这就是共价键的饱和性。 （3）成键的原子轨道重叠越多，两核间电子出现的概率密度就越大，形成的共价键就越牢固。在可能情况下，共价键总是沿着原子轨道最大重叠的方向形成，这就是共价键的方向性。 三、共价键的类型 （一）σ键 原子轨道沿键轴（两原子核间联线）方向以 “头碰头” 方式重叠所形成的共价键称为σ键。形成σ键时，原子轨道的重叠部分对于键轴呈圆柱形对称，沿键轴方向旋转任意角度，轨道的形状和符号均不改变。 （二）π键 从原子轨道重叠程度来看，π键的重叠程度比σ键的重叠程度小，π键的键能小于σ键的键能，所以π键的稳定性低于σ键，它是化学反应的积极参与者。 两个原子形成共价单键时，原子轨道总是沿键轴方向达到最大程度的重叠，所以单键都是σ键；形成共价双键时，有一个σ键和一个π键；形成共价三键时，有一个σ键和两个π键 。 四、配位共价键 　　按共用电子对提供的方式不同，共价键又可分为正常共价键和配位共价键。 　　 由一个原子单独提供共用电子对而形成的共价键称为配位共价键。配位键用箭号“→” 表示，箭头方向由提供电子对的原子指向接受电子对的原子。 形成配位键的条件是： （1）电子对给予体的最外层有孤对电子； （2）电子对接受体的最外层有可接受孤对电 子的空轨道。 第二节 轨道杂化理论 一、轨道杂化理论的基本要点 二、s-p 杂化轨道及有关分子的几何构型 三、d-s-p 杂化轨道及有关分子的几何构型 一、轨道杂化理论的基本要点 同一原子中能量相近的不同类型的原子轨道重新组合成新的原子轨道，称为原子轨道的杂化，得到的原子轨道称为杂化轨道。 二、s-p 杂化轨道及有关分子的几何构型 （二）sp2 杂化轨道及有关分子的几何构型 由一个 ns 轨道和两个 np 轨道参与的杂化称为 sp2 杂化，所形成的三个杂化轨道称为 sp2 杂化轨道。每个 sp2 杂化轨道中含有 1/3 的 s 轨道成分和 2/3 的 p 轨道成分，杂化轨道间的夹角为120°，呈平面正三角形。 （三）sp3 等性杂化轨道及有关分子的几何构型 由一个 ns 轨道和三个 np 轨道参与的杂化称为 sp3 杂化，形成的四个杂化轨道称为 sp3 杂化轨道。 每个 sp3 杂化轨道中含有 1/4 的 s 轨道成分和 3/4 的 p 轨道成分，杂化轨道间的夹角为 。 （四）sp3 不等性杂化轨道及有关分子的几何构型 基态 N 的外层电子组态为 2s22p3，在 H 影响 下，N 的一个 2s 轨道和三个 2p 轨道进行 sp3 不等性杂化，形成四个不等同的 sp3 杂化轨道