第八章化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)

1、第八章第八章 化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)第一節(jié)第一節(jié) 離子鍵離子鍵第二節(jié)第二節(jié) 共價鍵的價鍵理論共價鍵的價鍵理論第三節(jié)第三節(jié) 價層電子對互斥理論價層電子對互斥理論、第四節(jié)第四節(jié) 雜化雜化軌道軌道理論理論第五節(jié)第五節(jié) 分子作用力和氫鍵分子作用力和氫鍵2 2本章重點本章重點離子鍵、共價鍵的形成、特征、類型。離子鍵、共價鍵的形成、特征、類型。雜化軌道理論的基本要點，用該理論解釋分子的空間雜化軌道理論的基本要點，用該理論解釋分子的空間構(gòu)型。構(gòu)型。價層電子對互斥理論價層電子對互斥理論的基本要點的基本要點,說明分子的空間構(gòu)型。說明分子的空間構(gòu)型。分子軌道的基本要點，用該理論說明第二周期同核分子軌道的

2、基本要點，用該理論說明第二周期同核雙原子分子和少數(shù)異核雙原子分子的形成。雙原子分子和少數(shù)異核雙原子分子的形成。鍵參數(shù)和分子的極性。鍵參數(shù)和分子的極性。分子間作用力和氫鍵。分子間作用力和氫鍵。分子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系。分子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系。3 3l分子是由原子組合而成的，是保持物質(zhì)基本化學(xué)性質(zhì)分子是由原子組合而成的，是保持物質(zhì)基本化學(xué)性質(zhì)的最小微粒，并且又是參與化學(xué)反應(yīng)的基本單元，的最小微粒，并且又是參與化學(xué)反應(yīng)的基本單元，l此外，在相鄰的分子間還存在一種較弱的相互作用，此外，在相鄰的分子間還存在一種較弱的相互作用，其作用能約比化學(xué)鍵小一、二個數(shù)量級。其作用能約比化學(xué)

3、鍵小一、二個數(shù)量級。l分子的性質(zhì)除取決于分子的化學(xué)組成外，還取決于分分子的性質(zhì)除取決于分子的化學(xué)組成外，還取決于分子的結(jié)構(gòu)。子的結(jié)構(gòu)。 分子的結(jié)構(gòu)分子的結(jié)構(gòu)通常包括兩方面內(nèi)容：一是分子中直接通常包括兩方面內(nèi)容：一是分子中直接相鄰的原子間的強相互作用即化學(xué)鍵；二是分子中的相鄰的原子間的強相互作用即化學(xué)鍵；二是分子中的原子在空間的排列，即空間構(gòu)型。原子在空間的排列，即空間構(gòu)型。物質(zhì)的性質(zhì)決定于分子的性質(zhì)及分子間的作用力，物質(zhì)的性質(zhì)決定于分子的性質(zhì)及分子間的作用力，4 4 Pauling LPauling L在在The Nature of The Chemical The Nature of The

4、 Chemical BondBond中提出了用得最廣泛的化學(xué)鍵定義：中提出了用得最廣泛的化學(xué)鍵定義：如果兩個原如果兩個原子（或原子團）之間的作用力強得足以形成足夠子（或原子團）之間的作用力強得足以形成足夠穩(wěn)定的、可被化學(xué)家看作獨立分子物種的聚集體穩(wěn)定的、可被化學(xué)家看作獨立分子物種的聚集體，它們之間就存在化學(xué)鍵。，它們之間就存在化學(xué)鍵。簡單地說，簡單地說，化學(xué)鍵是化學(xué)鍵是指分子內(nèi)部原子之間的強相互作用力。指分子內(nèi)部原子之間的強相互作用力。不同的外在性質(zhì)反映了不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同的外在性質(zhì)反映了不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)各自內(nèi)部的結(jié)合力不同各自內(nèi)部的結(jié)合力不同5 5一、一、 離子鍵形成及其特點離子鍵形成及其特點

5、8.1 離子鍵理論離子鍵理論1. 1. 離子鍵的形成離子鍵的形成)2p(2sNa)Na(3s62e-molkJ4961-11nnnI)3p(3sCl)3pCl(3s62emolkJ348.752-1nnnENaCln靜電引力 電負性較大的活潑非金屬原子和電負性較小的電負性較大的活潑非金屬原子和電負性較小的活潑金屬原子相遇，得、失電子后形成的活潑金屬原子相遇，得、失電子后形成的負、正離子負、正離子通過通過靜電作用靜電作用而形成的而形成的化學(xué)鍵化學(xué)鍵稱為離子鍵。稱為離子鍵。6 6 圖中可見：圖中可見： r rr r0 0 ，當，當 r r 減減小時，正負離子靠小時，正負離子靠靜靜電相互吸引電相互吸

6、引，勢能，勢能 V V 減小，體系趨于穩(wěn)定。減小，體系趨于穩(wěn)定。V V0 0r r0 0r r 體系的勢能與核間距之間的關(guān)體系的勢能與核間距之間的關(guān)系系 r = rr = r0 0 ，V V 有極小值，此時體系最有極小值，此時體系最穩(wěn)定，表明形成離子鍵。穩(wěn)定，表明形成離子鍵。 r rr r0 0 ，當，當 r r 減小時，減小時，V V 急劇上升。急劇上升。因為因為 NaNa+ + 和和 ClCl 彼此再接近時，原子核、電子彼此再接近時，原子核、電子云之間的云之間的斥力斥力急劇增加，導(dǎo)致勢能驟然上升。急劇增加，導(dǎo)致勢能驟然上升。 7 7 因此，離子相互吸引，保持一定距離時，體系因此，離子相互吸

7、引，保持一定距離時，體系最穩(wěn)定。這就意味著形成了離子鍵。最穩(wěn)定。這就意味著形成了離子鍵。 r r0 0 和鍵長有關(guān)，和鍵長有關(guān)，而而 V V 和鍵能有關(guān)。和鍵能有關(guān)。2.2. 離子鍵的形成條件離子鍵的形成條件: : l 元素的電負性差比較大元素的電負性差比較大 X 1.7X 1.7X 1.7，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，形成離子鍵；，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，形成離子鍵； X 1.7X 1.7，實際上是指離子鍵的成分大于，實際上是指離子鍵的成分大于 50 %50 %。8 8l 化合物中不存在百分之百的離子鍵，即使是化合物中不存在百分之百的離子鍵，即使是 NaF NaF 的化學(xué)鍵，其中也有共價鍵的成分。即除離子的化學(xué)鍵，

8、其中也有共價鍵的成分。即除離子間靠靜電相互吸引外，尚有共用電子對的作用。間靠靜電相互吸引外，尚有共用電子對的作用。 l 但離子鍵和共價鍵之間，并非可以截然區(qū)分的。但離子鍵和共價鍵之間，并非可以截然區(qū)分的。可將離子鍵視為極性共價鍵的一個極端，而另一極端可將離子鍵視為極性共價鍵的一個極端，而另一極端則為非極性共價鍵。則為非極性共價鍵。 極性增大極性增大 非極性共價鍵非極性共價鍵 極性共價鍵極性共價鍵 離子鍵離子鍵9 93. 3. 離子鍵的特點離子鍵的特點l 本質(zhì)是本質(zhì)是靜電引力靜電引力（庫侖引力）（庫侖引力）l 沒有方向性和飽和性沒有方向性和飽和性（庫侖引力的性質(zhì)所決定）（庫侖引力的性質(zhì)所決定）2

9、RqqfNaClNaClq q+ + 、q q- - 為離子所帶電荷為離子所帶電荷, , R R為離子核間距。為離子核間距。 離子鍵強度是用晶格能來描述的。離子鍵強度是用晶格能來描述的。l 屬極性鍵屬極性鍵: :離子鍵的離子性與元素的電負性有關(guān)離子鍵的離子性與元素的電負性有關(guān)離子的電子構(gòu)型離子的電子構(gòu)型（1）2 電子構(gòu)型電子構(gòu)型 ns2 最外層為兩個電子的離子最外層為兩個電子的離子Li+、Be2+等。等。（2）8 電子構(gòu)型電子構(gòu)型 ns2np6 最外層為最外層為8個電子的離子個電子的離子Na+、Mg2+等。等。（3）917 電子構(gòu)型電子構(gòu)型(不飽和電子構(gòu)型不飽和電子構(gòu)型) 最外層為最外層為91

10、7個電子的離子如：個電子的離子如： Fe2+(3s23p63d6) Fe3+(3s23p63d5) Mn2+(3s23p63d5) Cr3+(3s23p63d3) 一般為一般為d區(qū)元素。區(qū)元素。ns2 np6 nd1-9 （4）18 電子構(gòu)型：電子構(gòu)型： ns2np6nd10如：如：Cu+(3s23p63d10)Ag+(4s24p64d10)Zn2+(3s23p63d10)Cd2+(4s24p64d10)一般為一般為ds區(qū)元素及區(qū)元素及p區(qū)高氧化態(tài)的金屬正離子區(qū)高氧化態(tài)的金屬正離子Sn4+(4s24p64d10)Pb4+(5s25p65d10)（5）18+2電子構(gòu)型：電子構(gòu)型： (n-1)s2

11、 (n-1)p6 (n-1)d10 ns2Sn2+( 4s24p64d105s2)Pb2+(5s25p65d106s2)Sb3+(4s24p64d105s2)Bi3+(5s25p65d106s2)一般為一般為p區(qū)低氧化態(tài)的金屬正離子：區(qū)低氧化態(tài)的金屬正離子：4.離子半徑離子半徑離子半徑是離子的重要特征之一離子半徑是離子的重要特征之一離子與原子的情況一樣：原子核外電子不是沿離子與原子的情況一樣：原子核外電子不是沿固定的軌道運動，電子分布范圍從理論上講是固定的軌道運動，電子分布范圍從理論上講是無窮的。無窮的。原子和離子的半徑難于確定的。原子和離子的半徑難于確定的。但由于離子化合物在常溫都是晶體，一

12、般把晶但由于離子化合物在常溫都是晶體，一般把晶體中的正負離子看成相互接觸的球形體中的正負離子看成相互接觸的球形. .離子半徑的變化規(guī)律：離子半徑的變化規(guī)律：（1 1）正離子的半徑比該元素的原子半徑?。┱x子的半徑比該元素的原子半徑小, ,負離子的負離子的半徑比該元素的原子半徑大。這是因為原子失去電子半徑比該元素的原子半徑大。這是因為原子失去電子變成正離子時，核電荷相對多了，核對外層電子的引變成正離子時，核電荷相對多了，核對外層電子的引力增強，半徑要縮?。毫υ鰪?，半徑要縮?。篘a:156pm;NaNa:156pm;Na+ +:95pm:95pmFeFe3+3+(64pm)Fe(64pm)Fe2+

13、2+(76pm)r(Fe)(76pm)r(Fe)PbPb4+4+(84pm)Pb(84pm)Mg2+Al3+ K+Ca2+（3）同主族的元素電荷相同的離子，半徑自上而下隨）同主族的元素電荷相同的離子，半徑自上而下隨電子層數(shù)的增加而依次增大：電子層數(shù)的增加而依次增大：Li+Na+K+Rb+Cs+F-Cl-Br-I-(4)周期表中處于相鄰的左上方和右下方斜對角線上的周期表中處于相鄰的左上方和右下方斜對角線上的正離子半徑近似相等。例如：正離子半徑近似相等。例如：Li+(60pm) Mg2+(65pm)Sc3+(81pm) Zr4+(80pm)Na+(95pm) Ca2+(99pm)1616晶格能晶格

14、能 定義定義: 1mol : 1mol 的離子晶體解離為自由氣態(tài)離子時所的離子晶體解離為自由氣態(tài)離子時所吸收的能量，以符號吸收的能量，以符號U U 表示。表示。 作用作用: : 度量離子鍵的強度。晶格能度量離子鍵的強度。晶格能 U U 越大，則形越大，則形成離子鍵得到離子晶體時放出的能量越多，離子鍵越強成離子鍵得到離子晶體時放出的能量越多，離子鍵越強。 MX (S) M+ (g) + X- (g) 二、二、 離子鍵強度離子鍵強度離子鍵理論適用范圍：只適用于離子化合物離子鍵理論適用范圍：只適用于離子化合物, , 解釋離解釋離子化合物的形成及理化性質(zhì)等子化合物的形成及理化性質(zhì)等 影響因素：影響因素

15、：1. 1. 離子電荷數(shù)、半徑離子電荷數(shù)、半徑2. 2. 離子的電子構(gòu)型離子的電子構(gòu)型1717 1916 1916 年，美國科學(xué)家年，美國科學(xué)家 Lewis Lewis 提出共價鍵理論。提出共價鍵理論。理論要點：認為分子中的原子都有形成稀有氣體電子結(jié)理論要點：認為分子中的原子都有形成稀有氣體電子結(jié)構(gòu)的趨勢，以求得本身的穩(wěn)定。構(gòu)的趨勢，以求得本身的穩(wěn)定。 而達到這種結(jié)構(gòu)，可而達到這種結(jié)構(gòu)，可以不通過電子轉(zhuǎn)移形成離子和離子鍵來完成，而是以不通過電子轉(zhuǎn)移形成離子和離子鍵來完成，而是通過通過共用電子對來共用電子對來實現(xiàn)。實現(xiàn)。例如例如 H + H = H H + H = H ： H H 通過共用一對電

16、子，通過共用一對電子，每個每個 H H 均成為均成為 He He 的電子構(gòu)型，形成一個共價鍵。的電子構(gòu)型，形成一個共價鍵。 如如ClClC Cl lH HH H 8.2 共價鍵理論共價鍵理論經(jīng)典經(jīng)典Lewis Lewis 共共價鍵理論：價鍵理論： Lewis Lewis 的貢獻的貢獻: : 1. 1. 提出了一種不同于離子鍵的新的鍵型，解釋提出了一種不同于離子鍵的新的鍵型，解釋了了 X X 比較小的元素之間原子的成鍵事實。比較小的元素之間原子的成鍵事實。2. 2. 認為分子中的原子都有形成稀有氣體電子結(jié)構(gòu)認為分子中的原子都有形成稀有氣體電子結(jié)構(gòu)的趨勢的趨勢 （初步說明（初步說明共價鍵具有飽和性

17、共價鍵具有飽和性）。）。3. 3. 成鍵電子成鍵電子：分子中用于形成共價鍵的電子稱鍵：分子中用于形成共價鍵的電子稱鍵合電子或成鍵電子。用合電子或成鍵電子。用“”表示表示 是是1 1對共用電子，對共用電子， “”單鍵單鍵 = = 是是2 2對共用電子，對共用電子， “=”=”雙鍵雙鍵 是是3 3對共用電子。對共用電子。 “ ”三鍵三鍵 1919孤對電子孤對電子：未用于形成共價鍵的電子稱為非鍵合電子：未用于形成共價鍵的電子稱為非鍵合電子, ,又稱又稱“孤對電子孤對電子”，用小黑點來表示。，用小黑點來表示。如，水、氨、乙酸、氮分子的如，水、氨、乙酸、氮分子的路易斯結(jié)構(gòu)式為路易斯結(jié)構(gòu)式為: :OHH.

18、 . .HNHH. .HCHHCOOH. . .NN.2020LewisLewis學(xué)說的局限性：學(xué)說的局限性： 2. 2. 無法說明共價鍵的方向性問題無法說明共價鍵的方向性問題 3. 3. 中心原子周圍的中心原子周圍的多電子中心多電子中心或或缺電子中心缺電子中心問問題題 。缺電子中心多電子中心CClClClCl電子中心32e24e40ePClClClClCl8BClClCl4. 4. 不能說明分子空間結(jié)構(gòu)及物質(zhì)磁性等不能說明分子空間結(jié)構(gòu)及物質(zhì)磁性等 1. Lewis結(jié)構(gòu)不能說明為什么共用電子對就能使結(jié)構(gòu)不能說明為什么共用電子對就能使得兩個原子牢固結(jié)合這一共價鍵本質(zhì)。得兩個原子牢固結(jié)合這一共價鍵

19、本質(zhì)。 19271927年，年，Heitler Heitler 和和 London London 用用量子力學(xué)量子力學(xué)處理處理氫氣分子氫氣分子 H H2 2 ，解決了兩個氫原子之間的化學(xué)鍵的本質(zhì)，解決了兩個氫原子之間的化學(xué)鍵的本質(zhì)問題，使共價鍵理論從經(jīng)典的問題，使共價鍵理論從經(jīng)典的 Lewis Lewis 理論發(fā)展到今理論發(fā)展到今天的天的現(xiàn)代共價鍵理論?，F(xiàn)代共價鍵理論。問題：問題：1 1 電子對的共享和提供電子的原子軌道間有什么關(guān)系？電子對的共享和提供電子的原子軌道間有什么關(guān)系？2 2 怎樣解釋雙鍵和叁鍵的形成？怎樣解釋雙鍵和叁鍵的形成？3 3 能否用原子軌道在空間取向解釋分子幾何形狀？能否用

20、原子軌道在空間取向解釋分子幾何形狀？22221 1）氫分子中的化學(xué)鍵）氫分子中的化學(xué)鍵 量子力學(xué)計算表明，兩個具有量子力學(xué)計算表明，兩個具有 1s1s1 1 電子構(gòu)型的電子構(gòu)型的 H H 彼此靠近時，彼此靠近時， 兩個兩個 1s 1s 電子以自旋相反的方式形成電電子以自旋相反的方式形成電子對，使體系能量降低。子對，使體系能量降低。 現(xiàn)代價鍵理論現(xiàn)代價鍵理論(電子配對理論電子配對理論)1. 1. 共價鍵的形成共價鍵的形成2323若兩個若兩個 1s 1s 電子以相同自旋的方式靠電子以相同自旋的方式靠近，則近，則r r 越小，越小，V V 越大。此時，不形越大。此時，不形成化學(xué)鍵。成化學(xué)鍵。電子自旋

21、相反成對，電子自旋相反成對， r = r r = r 0 0 時，時， V V 值最小值最小，體系能量降低體系能量降低 , , 形成化學(xué)形成化學(xué)鍵鍵 1, 0, 01, 0, 0 1, 0, 1, 0, 0 0 RoRoH-HH-H 1, 0, 0+ 1, 0, 0+ 1, 0, 01, 0, 0H H: :H H從電子云的觀點考慮，可認為從電子云的觀點考慮，可認為 H H 的的 1s 1s 軌道在兩核間重軌道在兩核間重疊，使電子在兩核間出現(xiàn)的幾率大，形成負電區(qū)，即疊，使電子在兩核間出現(xiàn)的幾率大，形成負電區(qū)，即形成形成了一個密度相對大的電子云了一個密度相對大的電子云, , 或者說或者說電子電子

22、定域定域于兩原子，于兩原子，兩核吸引核間負電區(qū)，使兩核吸引核間負電區(qū)，使 2 2 個個 H H 結(jié)合在一起。結(jié)合在一起。將對將對 H H2 2 的處理結(jié)果推廣到其它分子中，形成了以量的處理結(jié)果推廣到其它分子中，形成了以量子力學(xué)為基礎(chǔ)的價鍵理論子力學(xué)為基礎(chǔ)的價鍵理論 ( V. B. ( V. B. 法法 ) ) 。 2) 2) 共價鍵的形成理論要點共價鍵的形成理論要點 A A、B B 兩原子各有一個兩原子各有一個成單電子成單電子，當，當 A A、B B 相互接近時，若兩個電子所在的相互接近時，若兩個電子所在的原子軌道能量相近原子軌道能量相近，對，對稱性相同，則可以相互稱性相同，則可以相互重疊重疊

23、，兩電子，兩電子以自旋相反的方式以自旋相反的方式結(jié)成電子對。于是結(jié)成電子對。于是體系能量降低體系能量降低， A A、B B 兩原子間產(chǎn)兩原子間產(chǎn)生化學(xué)鍵生化學(xué)鍵, ,形成形成ABAB分子。一對電子形成一個共價鍵。分子。一對電子形成一個共價鍵。 電子配對原理電子配對原理: : 鍵合雙方各提供自旋方向相反的未鍵合雙方各提供自旋方向相反的未成對電子成對電子因此，共價鍵的形成三條件為：因此，共價鍵的形成三條件為：原子軌道最大重疊原理原子軌道最大重疊原理: : 鍵合雙方原子軌道應(yīng)盡可能鍵合雙方原子軌道應(yīng)盡可能最大程度地重疊最大程度地重疊, , 這也是共價鍵的本質(zhì)這也是共價鍵的本質(zhì)對稱性原則對稱性原則:

24、:只有當原子軌道對稱性相同的部分重疊只有當原子軌道對稱性相同的部分重疊, , 才能形成化學(xué)鍵。才能形成化學(xué)鍵。對稱性相同：指產(chǎn)生重疊的兩個原子軌道符號相同對稱性相同：指產(chǎn)生重疊的兩個原子軌道符號相同( (即波函數(shù)相加）。即波函數(shù)相加）。重疊類型重疊類型: :- -+ + +正重疊正重疊( (有效重疊有效重疊) )同符號部分重疊。同符號部分重疊。同號重疊部分與異號重疊部分正好抵消同號重疊部分與異號重疊部分正好抵消. .不同符號部分重疊不同符號部分重疊( (或認為波函數(shù)相減或認為波函數(shù)相減).).+ +- -+ +零重疊零重疊( (無效重疊無效重疊) )負重疊負重疊( (無效重疊無效重疊) )+

25、+- -+ + 形成的共價鍵越多，則體系能量越低，形成的形成的共價鍵越多，則體系能量越低，形成的分子越穩(wěn)定。因此，各原子中的未成對電子盡可能多地分子越穩(wěn)定。因此，各原子中的未成對電子盡可能多地形成共價鍵形成共價鍵 。 能量最低原理能量最低原理: :2. 2. 共價鍵的特征共價鍵的特征 具有飽和性具有飽和性: : 是指每種元素的原子的是指每種元素的原子的未成對電子是未成對電子是有限有限的，或者說能提供用于形成共價鍵的軌道數(shù)是一定的，或者說能提供用于形成共價鍵的軌道數(shù)是一定的的H H ClCl例如：例如：H O H O H HN NN NCl 3 sCl 3 s2 2 3 p3 p5 5 N N3

26、 3 2s 2s 2 2 2p 2p 2s2s2p2p O OO O 2p2p2s2sO 2 sO 2 s2 2 2 p2 p4 4 3p3p3s3s3030+ + + +1s1sz z+ +3p3pz zz z以以 HCl HCl 為例為例 具有方向性具有方向性: :是因為每種元素的原子能提供用于是因為每種元素的原子能提供用于形成共價鍵的形成共價鍵的軌道是具有一定方向的軌道是具有一定方向的, ,為達到最大為達到最大程度的軌道重疊程度的軌道重疊, ,須按一定方向重疊。須按一定方向重疊。Cl 的的 3pz 和和 H 的的 1s 軌道重疊，只有沿著軌道重疊，只有沿著 z 軸重疊，軸重疊，才能保證最

27、大程度的重疊，而且不改變原有的對稱性。才能保證最大程度的重疊，而且不改變原有的對稱性。3131 Cl2 分子中成鍵的原子軌道，也要保持對稱性和最分子中成鍵的原子軌道，也要保持對稱性和最大程度的重疊。大程度的重疊。p pz zz z p pz z+ + +z z + + +3232 如下圖所示的重疊，將破壞原子軌道的對稱性。如下圖所示的重疊，將破壞原子軌道的對稱性。不能成鍵。不能成鍵。+ + + + + + +s sp p+ +p pz zz z+ +p pz z33333. 3. 共價鍵的鍵型共價鍵的鍵型 按成鍵重疊方式：按成鍵重疊方式： 鍵，鍵，鍵，鍵， 鍵鍵 正常共價鍵正常共價鍵 （， ）

28、 按電子對來源：按電子對來源： 配位共價鍵配位共價鍵 34341) 1) 鍵：頭碰頭方式重疊鍵：頭碰頭方式重疊3535Cl 3 sCl 3 s2 2 3 p3 p5 5 3p3p3s3s 2p2p2s2sO 2 sO 2 s2 2 2 p2 p4 4 36362) 2) 鍵：肩并肩方式重疊鍵：肩并肩方式重疊P Px x-P-Px xx xx x+ + + z za. a. p-p p-p 鍵鍵3737b. b. p-d p-d 鍵鍵c. c. d-d d-d 鍵鍵38383 3）鍵和鍵和鍵特點：鍵特點：l鍵可單獨存在于兩原子間，是構(gòu)成分子的骨架，鍵可單獨存在于兩原子間，是構(gòu)成分子的骨架，兩原子

29、間兩原子間只可能有只可能有1 1個個鍵鍵。l鍵的軌道重疊程度比鍵的軌道重疊程度比鍵的軌道重疊程度大，鍵的軌道重疊程度大， 因而因而鍵比鍵比鍵牢固鍵牢固。 鍵較易斷開，化學(xué)鍵較易斷開，化學(xué)活潑性強?；顫娦詮姟Ｔ谛纬晒矁r鍵前先形成在形成共價鍵前先形成鍵。鍵。l一般一般鍵與鍵與鍵共存于具有雙鍵或叁鍵的分子中。鍵共存于具有雙鍵或叁鍵的分子中。 3939共價鍵形成實例：共價鍵形成實例：HFHF的生成的生成: : 1 1個個 鍵鍵H-FH-F40N2的生成：的生成：N 2s 2 2p 3 2s2p N N1個個 鍵鍵3個個鍵鍵4141 鍵鍵 鍵鍵42特點特點： 多個原子上相互平行的多個原子上相互平行的 p

30、 軌道連貫重疊軌道連貫重疊 在一在一 起構(gòu)成起構(gòu)成一個整體，一個整體， 而而 p 電子在這個電子在這個 整體內(nèi)運動所形成的鍵整體內(nèi)運動所形成的鍵形成條件形成條件： 參與成鍵的原子應(yīng)在一個平面上，而且每個參與成鍵的原子應(yīng)在一個平面上，而且每個原子都能提供原子都能提供1個相互平行的個相互平行的 p 軌道軌道 n2m， m: p的軌道數(shù)或原子數(shù)的軌道數(shù)或原子數(shù), n:電子數(shù)電子數(shù)表示符號表示符號：nm 離域離域鍵是由三個或三個以上原子形成的鍵是由三個或三個以上原子形成的 鍵，不同于兩原鍵，不同于兩原子間的子間的 鍵。鍵。 在三個或三個以上用在三個或三個以上用鍵聯(lián)結(jié)起來的原子之間，如鍵聯(lián)結(jié)起來的原子之

31、間，如能滿足一定條件，則可以生成離域能滿足一定條件，則可以生成離域 鍵。鍵。離域大離域大鍵鍵作用作用：“離域能離域能”會增加分子的穩(wěn)定性；影響物質(zhì)的理化性質(zhì)會增加分子的穩(wěn)定性；影響物質(zhì)的理化性質(zhì) 43中心中心O原子雜化成鍵后原子雜化成鍵后,仍有一個未參加雜化的仍有一個未參加雜化的p軌道軌道, 兩個配位兩個配位O原子原子與與sp2成鍵后都仍有成鍵后都仍有p軌軌道，道，3個個O原子共有原子共有4個個電子小于軌道數(shù)的兩倍電子小于軌道數(shù)的兩倍6，可形成離域，可形成離域鍵。鍵。O3 (SO2)中心原子中心原子配位原子配位原子OOO不等性不等性sp2p44CO2 分子分子 直線形直線形C 與與 O之間之間

32、 sp-2 px 成成鍵鍵 ，決定，決定了了 O-C-O 為直線形。為直線形。激發(fā)雜化 C C 中未雜化的中未雜化的 py 與兩邊與兩邊 O 的的 py 沿沿y方向成大方向成大鍵鍵 ； C 中未雜化的中未雜化的 pz 與兩邊與兩邊 O 的的 pz 沿沿z方向成大方向成大 鍵鍵 故故 CO2 分子中有雙鍵。分子中有雙鍵。如右圖所示。如右圖所示。O 2 s2 2 p4 O 2 s2 2 p4 py - pyCOO pz - pz- Py4343 px py pz py pz 等性等性sp 雜化雜化 45CO32-:為平面正三角形為平面正三角形 C的的2s2上一個電子激發(fā)到上一個電子激發(fā)到2p,采取

33、等性采取等性sp2雜化雜化,三個雜化軌道三個雜化軌道分別與分別與3個個O原子中含單電子的原子中含單電子的p軌道重疊形成三個軌道重疊形成三個共價鍵共價鍵, O原原子中另一個含單電子的子中另一個含單電子的p軌道與軌道與C的含單電子的的含單電子的p軌道同時垂直軌道同時垂直于分子平面于分子平面,相互平行相互平行,可形成大可形成大鍵鍵, 加上加上2個負電荷個負電荷,為為46。 未雜化未雜化p O 2 s2 2 p4 C 2 s2 2 p2 2 s1 2 p3 等性等性sp2 雜化雜化 簡述簡述BF3的成鍵情況及分子空間構(gòu)型：的成鍵情況及分子空間構(gòu)型： 中心原子中心原子B采取采取sp3等性雜化，分別與等性

34、雜化，分別與F的單電子軌道重疊共用一的單電子軌道重疊共用一對電子形成三個對電子形成三個共價鍵，分子為平面三角形。同時共價鍵，分子為平面三角形。同時B有一個垂有一個垂直于分子平面的空的直于分子平面的空的p軌道，每個軌道，每個F也有一個含有電子對的垂直也有一個含有電子對的垂直于分子平面的于分子平面的p軌道，形成一個軌道，形成一個46。2s2p2s2psp2激發(fā)激發(fā)雜化雜化2s2p522ps2F 計算大計算大 鍵里的電子數(shù)方法的步驟是鍵里的電子數(shù)方法的步驟是: (1) 確定分子中總價電子數(shù)確定分子中總價電子數(shù) (2) 畫出分子中的畫出分子中的鍵以及不與鍵以及不與鍵鍵p軌道平行的孤對電軌道平行的孤對電

35、子軌道子軌道 (3)總電子數(shù)減去這些總電子數(shù)減去這些s鍵電子和孤對電子鍵電子和孤對電子,剩余的就是填剩余的就是填入大入大p鍵的電子。鍵的電子。48CO32離子離子: 總價電子數(shù)有總價電子數(shù)有 24個個價電子價電子= 4 + 6 x 3 +2 分析：中心碳原子取分析：中心碳原子取sp2雜化形式雜化形式,與與O形成形成 3個個鍵鍵(共用共用6個電子個電子)；還剩一個未雜化的還剩一個未雜化的p軌道，用于形成軌道，用于形成鍵。鍵。 每個氧原子有每個氧原子有1個個p軌道成軌道成鍵后鍵后,剩有剩有1個個s, 2個個p軌道軌道, 但僅有但僅有一個一個p軌道用于形成軌道用于形成鍵，其中有鍵，其中有2軌道為不與

36、軌道為不與鍵鍵p軌道平行的孤軌道平行的孤對電子占據(jù)的軌道，即有對電子占據(jù)的軌道，即有2對孤對電子對。因此，對孤對電子對。因此，3個氧原子中孤個氧原子中孤對電子數(shù)對電子數(shù) 2 x 2 x 3。 形成大形成大鍵的電子有：鍵的電子有： 24-6-32 2=6個電子個電子 所以，所以， CO32離子中大離子中大 鍵為鍵為 46 。53433343OOOONOOCO價電子總數(shù)價電子總數(shù)鍵鍵 類類 型型分子或離子分子或離子表表 示示 式式 19 1718 16ClO2O3 (SO2)NO2CO22個個OClO.4、配位共價鍵、配位共價鍵 共用電子對由一個原子共用電子對由一個原子單獨單獨提供形成的共價鍵稱提

37、供形成的共價鍵稱為配位共價鍵，簡稱配位鍵。配位鍵用箭號為配位共價鍵，簡稱配位鍵。配位鍵用箭號“”表示，箭頭指向接受電子對的原子。例如：表示，箭頭指向接受電子對的原子。例如： H:OH= HOH HH共用電子對由一個原子共用電子對由一個原子單獨單獨提供形成的共價鍵稱提供形成的共價鍵稱為配位共價鍵，簡稱配位鍵。配位鍵用箭號為配位共價鍵，簡稱配位鍵。配位鍵用箭號“”表表示，箭頭指向接受電子對的原子。示，箭頭指向接受電子對的原子。例如：例如：形成配位鍵的條件：形成配位鍵的條件：(1) (1) 提供電子對的原子的最外層有提供電子對的原子的最外層有孤對電子孤對電子；(2) (2) 接受電子對的原子的最外層

38、有接受電子對的原子的最外層有空軌道空軌道。 O 2s2 2p4 C 2s2 2p2 CO 中的配位鍵由中的配位鍵由 C 原子和原子和 O 原子各提原子各提供一個供一個 2p 軌道，互相重疊，但是電子是由軌道，互相重疊，但是電子是由 O 原子獨自提供的。原子獨自提供的。 于是，于是， CO 可表示成可表示成C O5.共價鍵參數(shù)共價鍵參數(shù) 共價鍵參數(shù)是表征共價鍵性質(zhì)的物理量，共價鍵參數(shù)是表征共價鍵性質(zhì)的物理量，常見的參數(shù)有：鍵能、鍵長、鍵角和鍵的極性。常見的參數(shù)有：鍵能、鍵長、鍵角和鍵的極性。E Ed d：使氣態(tài)：使氣態(tài) AB AB分子解離成氣態(tài)原子分子解離成氣態(tài)原子 A A 和和原子原子 B B

39、 所需要的能量。一般在所需要的能量。一般在10102 2 kJmolkJmol-1-1數(shù)數(shù)量級。量級。l l：分子中兩個成鍵原子核間的平衡距離。一：分子中兩個成鍵原子核間的平衡距離。一般在般在10102 2 pm pm 數(shù)量級。數(shù)量級。 比如比如HH2 2： E Ed d436436 kJmolkJmol-1-1， l l74pm74pm。如果分子中只含有一種鍵，且都是單鍵，鍵能可用鍵解離能的如果分子中只含有一種鍵，且都是單鍵，鍵能可用鍵解離能的平均值表示。如平均值表示。如NHNH3 3含有三個含有三個NHNH鍵：鍵： NHNH3 3(g) = H(g) + NH(g) = H(g) + NH

40、2 2(g) (g) DD1 1 = 433.1 kJ= 433.1 kJ molmol 1 1NHNH2 2(g) = NH(g) + H(g) (g) = NH(g) + H(g) DD2 2 = 397.5 kJ= 397.5 kJ molmol 1 1NH(g) = N(g) + H(g) NH(g) = N(g) + H(g) DD3 3 = 338.9 kJ= 338.9 kJ molmol 1 1E E(NH) = (NH) = (NH) = (NH) = (DD1 1+ +DD2 2+ +DD3 3)/3)/3 = (433.1+ 397.5+ 338.9) kJ = (433

41、.1+ 397.5+ 338.9) kJ molmol 1 1/3/3 = 389.8 kJ = 389.8 kJ molmol 1 1 鍵能鍵能E E ，鍵強度，鍵強度 ，化學(xué)鍵越牢固，分子穩(wěn)定性，化學(xué)鍵越牢固，分子穩(wěn)定性 。 對同種原子的鍵能對同種原子的鍵能E E有：有： 單鍵單鍵 雙鍵雙鍵 LP-BP BP-BP1. 基本要點基本要點鍵夾角：鍵夾角： LP-LP LP-BP BP-BP 互斥不同的原因：互斥不同的原因： 鍵合電子對受到左右兩端帶正電原鍵合電子對受到左右兩端帶正電原子核的吸引，而孤對電子對只受到一端原子核吸引，相比子核的吸引，而孤對電子對只受到一端原子核吸引，相比之下，孤對

42、電子對較之下，孤對電子對較“胖胖”，占據(jù)較大的空間，而鍵合電，占據(jù)較大的空間，而鍵合電子較子較“瘦瘦”，占據(jù)較小的空間，占據(jù)較小的空間, ,孤對電子對與鍵合電子對斥孤對電子對與鍵合電子對斥力不同使軌道夾角改變，從而分子空間構(gòu)型發(fā)生力不同使軌道夾角改變，從而分子空間構(gòu)型發(fā)生畸變?；?。LP-LPLP-LP LP-BP BP-BP LP-BP BP-BP 根據(jù)根據(jù) BPBP 的數(shù)目及所處位置的數(shù)目及所處位置, , 推測出分子的空間構(gòu)型推測出分子的空間構(gòu)型 BPBP = = VPVP - - LPLP59592.2. 分子分子ABmABm空間構(gòu)型空間構(gòu)型的確定方法的確定方法 XeF XeF2 2 V

43、P= (8+2 VP= (8+21)/2 = 5 1)/2 = 5 XeOF XeOF4 4 VP= (8+1 VP= (8+10+4 0+4 1)/2 = 6 1)/2 = 6 VP = 1/2 VP = 1/2 A A的價電子數(shù)的價電子數(shù)+B+B提供的成鍵電子數(shù)提供的成鍵電子數(shù) x x m m 離子電荷數(shù)離子電荷數(shù)( )( ) 首先先確定中心原子首先先確定中心原子A A的價層電子對數(shù)的價層電子對數(shù): : 分子中的多重分子中的多重鍵按單鍵即一對電子處理鍵按單鍵即一對電子處理例例: SO: SO4 42-2- VP = (6+4 VP = (6+40+2)/2=40+2)/2=4負負正正配位原

44、子提供電子數(shù)：配位原子提供電子數(shù)：l 一個配位一個配位B B原子提供一個電子原子提供一個電子. . 如如H, Cl,H, Cl, 1 1; ;l 氧族元素作為配位原子不提供電子氧族元素作為配位原子不提供電子. . 如如 O, S, O, S, 0 0; .; .總數(shù)為奇數(shù)時，商進位總數(shù)為奇數(shù)時，商進位 。例如總數(shù)為。例如總數(shù)為 9，則對數(shù)為，則對數(shù)為 5 。 確定價層電子對的空間排布方式確定價層電子對的空間排布方式: :斥力最小斥力最小 確定成鍵電子對數(shù)及位置確定成鍵電子對數(shù)及位置分子空間構(gòu)型分子空間構(gòu)型: BP = VP -LP 在在ABm分子中分子中,若配體若配體B的個數(shù)的個數(shù) m 和和V

45、P電子對數(shù)相一致，則電子對數(shù)相一致，則LP=0 , 分子構(gòu)型和價電子對空間構(gòu)型一致分子構(gòu)型和價電子對空間構(gòu)型一致 : 各價電子對均為各價電子對均為成鍵電子對成鍵電子對m= BP = VP 。VP的位置就是的位置就是B原子成鍵位置原子成鍵位置 當配體當配體B的個數(shù)的個數(shù) m sp2spps 夾角夾角雜化軌道理論基本要點：雜化軌道理論基本要點：1cossp 180 sp2 1/3 120 sp3 10928試說明試說明BF3分子的空間構(gòu)型。分子的空間構(gòu)型。sp2雜化實例雜化實例:激發(fā)激發(fā)BFFFB:2s2psp2雜化雜化2s2psp22pFBF=120(平面三角形平面三角形)C原子的原子的sp3

46、雜化雜化 一個碳原子最外層價電子形成四個一個碳原子最外層價電子形成四個SP3雜化軌道，以碳原子為中心伸雜化軌道，以碳原子為中心伸向正四面體四個頂點。向正四面體四個頂點。CSP31 1S S2 22 2S S2 22 2P P2 2C C原原子子的的電電子子排排布布式式：激發(fā)雜化2s2psp3sp3sp3sp3CCHHHHHH109.5109.51.54ASP3SP3SP31SCCCH以甲烷的結(jié)構(gòu)為例：以甲烷的結(jié)構(gòu)為例：sp3雜化實例雜化實例:2s2px2py2pz激發(fā)2s2px2py2pz雜化sp3xyzxyz109o28整個過程：整個過程：等性雜化等性雜化(equivalent hybrid

47、ization):參與雜化的軌道均含有單電子或均是空軌道。參與雜化的軌道均含有單電子或均是空軌道。 例如例如CH4是是sp3等性雜化等性雜化。有孤對電子占據(jù)的原子軌道參與雜化。有孤對電子占據(jù)的原子軌道參與雜化。 例如例如NH3、H2O是是sp3不等性雜化不等性雜化。不等性雜化不等性雜化(nonequivalent hybridization)雜化分類雜化分類 NH3 :不等性不等性sp3雜化雜化 實例實例1:NHHHHNH=10718N:2s2p不等性不等性sp3雜化雜化sp3HNH=90三角錐形三角錐形H2O:不等性不等性sp3雜化雜化 實例實例2:OHHHOH=10430 O:2s2p不等

48、性不等性sp3雜化雜化sp3V 字形字形第五節(jié) 分子間作用力和氫鍵一、分子的極性二、分子間作用力三、氫鍵一、共價分子的極性一、共價分子的極性 分子是顯電中性的，但從分子內(nèi)部電荷的分布看，分子是顯電中性的，但從分子內(nèi)部電荷的分布看，存在兩個正負電荷存在兩個正負電荷重心重心。 若正、負電荷重心若正、負電荷重心極性分子極性分子(polar molecule)非極性分子非極性分子(non-polar molecule)不重合：不重合：重合：重合：（一）共價分子極性的判斷（一）共價分子極性的判斷雙原子分子雙原子分子多原子分子多原子分子極性共價鍵極性共價鍵 極性分子極性分子非極性共價鍵非極性共價鍵 非極性

49、分子非極性分子H2 、Cl2 、O2 示例示例HCl、HF極性共價鍵極性共價鍵非極性共價鍵非極性共價鍵 非極性分子非極性分子S8、 P4對稱對稱非極性分子非極性分子(分子構(gòu)型分子構(gòu)型)CO2 、CH4、BF3H2O、CHCl3、NH3不對稱不對稱極性分子極性分子(二二) 分子極性大小的量度分子極性大小的量度 若正電（若正電（ 和負電和負電 ）重心上的電荷的電量為）重心上的電荷的電量為 q ，正負電重心之間正負電重心之間的距離為的距離為 d （ 稱偶極矩長稱偶極矩長 ），則偶極矩），則偶極矩 = q d 。極性分子極性的大小可以用偶極矩極性分子極性的大小可以用偶極矩 來度量。來度量。偶極矩以德拜

50、（偶極矩以德拜（D）為單位，為單位，1D= 1.0 1030 Cm。 可以通過下列的數(shù)據(jù)體會偶極矩單位可以通過下列的數(shù)據(jù)體會偶極矩單位 D 的大?。旱拇笮。?HI HBr HCl NH3 H2O 乙醚乙醚 / D 0.38 0.79 1.03 1.66 1.85 1.15v0: 極性分子，極性分子，越大，分子極性越大；越大，分子極性越大；v= 0: 非極性分子，如非極性分子，如H2、CO2 、CH4、BCl3 雙原子分子的偶極矩就是極性鍵的鍵矩。雙原子分子的偶極矩就是極性鍵的鍵矩。 BClClClBCl3 分子分子O偶極矩HH鍵矩矢量H2O 分子分子 多原子分子的偶極矩是各鍵矩的矢量和。多原子

51、分子的偶極矩是各鍵矩的矢量和。v極性分子的偶極矩稱為極性分子的偶極矩稱為永久偶極永久偶極。偶極矩是一種偶極矩是一種矢量矢量(三三) 分子的極化分子的極化 非極性分子在外電場的非極性分子在外電場的作用下，可以變成具有一定作用下，可以變成具有一定偶極矩的極性分子。偶極矩的極性分子。_ _ = 0 誘導(dǎo)偶極用誘導(dǎo)偶極用 表示，表示， 其強度大小和電場強度成正比，也和其強度大小和電場強度成正比，也和分子的變形性成正比。所謂分子的變形性，即分子的正負電重心分子的變形性成正比。所謂分子的變形性，即分子的正負電重心的可分程度，分子體積越大，電子越多，變形性越大。的可分程度，分子體積越大，電子越多，變形性越大

52、。 而極性分子在外電場作而極性分子在外電場作用下，其偶極也可以增大。用下，其偶極也可以增大。在電場的影響下產(chǎn)生的偶極在電場的影響下產(chǎn)生的偶極稱為稱為誘導(dǎo)偶極誘導(dǎo)偶極。 (四四)瞬間偶極瞬間偶極分子由于運動，原子核和電子之間發(fā)生相對位置變分子由于運動，原子核和電子之間發(fā)生相對位置變化化 其正負電重心可有瞬間的不重合。其正負電重心可有瞬間的不重合。 這種由于分子在一瞬間正負電重心不重合而造這種由于分子在一瞬間正負電重心不重合而造成的偶極叫成的偶極叫瞬間偶極瞬間偶極。 瞬間偶極和分子的變形性大小有關(guān)。瞬間偶極和分子的變形性大小有關(guān)。二、范德華力二、范德華力 定義定義 分子之間的分子之間的弱弱吸引力（

53、分子間作用力）。吸引力（分子間作用力）。取向力，取向力， 誘導(dǎo)力，誘導(dǎo)力， 色散力色散力 （一）范德華力的分類（一）范德華力的分類 范德華力作用能范德華力作用能很小很小，一般為，一般為2 20kJmol-1，不屬于化學(xué)不屬于化學(xué)鍵范疇；鍵范疇；1、取向力、取向力(orientation force)因極性分子的取向而產(chǎn)生的分子間吸引作用因極性分子的取向而產(chǎn)生的分子間吸引作用.分子的偶極矩越大分子的偶極矩越大,取向力越強取向力越強;取向力的大小取向力的大小 分子的極性強弱分子的極性強弱有關(guān)有關(guān)靜電引力靜電引力極性分子之間的永久偶極極性分子之間的永久偶極 永久偶極作用力，永久偶極作用力， 它僅存在

54、于極性分子之間它僅存在于極性分子之間。2、誘導(dǎo)力、誘導(dǎo)力(induction force)誘導(dǎo)力同樣存在于極性分子之間。誘導(dǎo)力同樣存在于極性分子之間。極性分子的偶極矩越大極性分子的偶極矩越大,非極性分子的變形性越大非極性分子的變形性越大,誘導(dǎo)力也就越大誘導(dǎo)力也就越大.誘導(dǎo)偶極誘導(dǎo)偶極 永久偶極之間的作用稱為誘導(dǎo)力永久偶極之間的作用稱為誘導(dǎo)力誘導(dǎo)力的大小誘導(dǎo)力的大小極性分子的極性強弱極性分子的極性強弱非極性分子的變形性非極性分子的變形性有關(guān)有關(guān)3、色散力、色散力(dispersion force)色散力的大小主要與分子的變形性有關(guān)色散力的大小主要與分子的變形性有關(guān).分子的變形性越大分子的變形性越

55、大,色散力就越強色散力就越強.瞬間偶極瞬間偶極 瞬間偶極之間有色散力。瞬間偶極之間有色散力。由于各種分子均有瞬間偶極，故色散力存在于極性由于各種分子均有瞬間偶極，故色散力存在于極性分和極性分子，極性分子和非極性分子及非極性分分和極性分子，極性分子和非極性分子及非極性分子和非極性分子之間子和非極性分子之間 。分子的變形性主要取決于分子量分子的變形性主要取決于分子量.總結(jié)：總結(jié)：非極性分子非極性分子非極性分子：非極性分子：極性分子極性分子非極性分子：非極性分子：極性分子極性分子極性分子：極性分子：色散力色散力色散力和誘導(dǎo)力色散力和誘導(dǎo)力色散力、誘導(dǎo)力和取向力色散力、誘導(dǎo)力和取向力不具有方向性和飽和

56、性。不具有方向性和飽和性。 一般一般色散力色散力（大小與分子是否容易變形有關(guān)，隨（大小與分子是否容易變形有關(guān)，隨M增大而增強）是分子間的主要作用力增大而增強）是分子間的主要作用力;三種力相對大三種力相對大小為小為色散力色散力 取向力取向力 誘導(dǎo)力誘導(dǎo)力三、氫鍵三、氫鍵（ 1 ） 氫鍵的形成氫鍵的形成 以以 HF 為例，為例，F(xiàn) 的電負性相當大，的電負性相當大， r 相當小，電子對偏向相當小，電子對偏向 F，而而 H 幾乎成了質(zhì)子。這種幾乎成了質(zhì)子。這種 H 與其它分子中電負性相當大、與其它分子中電負性相當大、r 小的原子相互接近時，產(chǎn)生一種特殊的分子間力小的原子相互接近時，產(chǎn)生一種特殊的分子間力 氫鍵氫鍵 。表示表示X H Y 氫鍵的形成有兩個兩個條件：氫鍵的形成有兩個兩個條件： 1 與電負性大且與電負性大且 r 小的小的X原子原子 ( F，O， N ) 相連的相連的 H ； 2 在附近有電負性大，在附近有電負性大，r 小的小的Y原子原子 ( F，O，N ) 。如水分子之間的氫鍵如水分子之間的氫鍵氨與水分子之間的氫鍵氨與水分子之間的氫鍵2.氫鍵特