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1、第九章 共价键和分子间作用力 第一节 共价键和共价化合物 一、现代价键理论 二、键参数 三、轨道杂化理论 四、价层电子对互斥理论 五、分子轨道理论 第二节 分子间作用力 第九章 共价键和分子间作用力 分子中相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用力。 化学键(chemical bond)： 离子键(ionic bond) 共价键(covalent bond) 金属键(metallic bond) 分子间作用力： 范德华力(van der Waals force) 氢键(hydrogen bond)等。 分子之间弱的相互作用力。 原子分子宏观物质 化学键 分子间作用力 第一节 共价键和共价化合物
2、共价键电子理论: 如 H + H HH 或HH 要点: 认为两个或多个原子可以相互“共有”一对或多对 电子，以达到稀有气体原子最外层2或8电子层结构（或称 Lewis结构）而形成稳定的分子。 1916年美国化学家Lewis提出 分子中的通过共用电子对连接的化学键称为共价键。 第一节 共价键和共价化合物 一、 现代价键理论 (Valence bond theory，VB法) （一）氢分子的形成和共价键的本质 本质两个自旋相反的单电子所处原子轨道有效的、最大程度 的重叠，使电子云密集于两核之间，增强了核对电子的吸引力 ，降低了核之间的斥力，使系统能量降低，形成共价键。 （二） VB法要点 1、电子
3、配对原理：两原子接近时，自旋相反的未成对价电子 可以两两配对形成共价键。 2、共价键的饱和性：一个原子有几个未成对电子便可与几个 自旋相反的单电子配对成键。 一、 现代价键理论 (Valence bond theory，VB法) 可以形成N2 、NH3分子。 （1）He 原子没有单电子，不能形成He2 分子； （2）O原子有2个单电子，可以形成H2O、O2分子； （3）N原子有3个单电子， 共价键的形成将尽可能沿着原子轨道最大程度重叠的方向 进行。成键两原子轨道重叠愈多，形成的共价键愈牢固。 举例：HCl分子的形成 3、共价键的方向性 一、 现代价键理论 (Valence bond theor
4、y，VB法) (c) 无效重叠(b) 无效重叠(a) 有效重叠 键(pi bond) : 键 (sigma bond) : 是两个原子的原子轨道(py-py、pz-pz)沿键 轴方向以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键。 (1) 按原子轨道重叠方式不同共价键分为 两个原子的原子轨道(s-s、px-s、px-px) 沿着键轴方向以“头碰头”的方式重叠形成的共价键。 （三） 共价键的类型: 一、 现代价键理论 (Valence bond theory，VB法) 键(s-s)、 (s-px) s-ss-px 头碰头重叠 键( px - px) 头碰头重叠 键 py-py 或 pz-pz 肩并肩重叠 N
5、2分子形成示意图 在具有双键或叁键的两个原子之间，有且仅有一个键。 键和 键的比较 共价键类键类 型键键键键 成键轨键轨 道s-s、px-s、px-pxpy-py、pz-pz 轨轨道重叠方式“头头碰头头”“肩并肩” 轨轨道重叠部分 分布 沿键轴键轴 呈圆圆柱型 对对称分布 垂直于键轴键轴 呈 镜镜面反对对称分布 存在情况可单单独存在 不可单单独存在 ，只 与键键共存于 共价双键键和叁键叁键 中 稳稳定性牢固不牢固，易断裂 课堂练习 （四） 共价键的类型 试指出下列共价键中各有几个键和键？ A. CC， B. C C， C. C C 解： 1、碳碳单键为键； 2、碳碳双键中1个为键，另外1个为键
6、； 3、碳碳叁键中1个为键，另外2个为键。 正常共价键与配位键 (2) 按共用电子对来源不同可分为： 特殊共价键：配位键（coordinate bond） 正常共价键： 成键两原子各提供1个单电子形成共价键。 成键原子一方有孤对电子; 另一方有空轨道。 形成条件 记为 B A 记为 H+ NH3 非极性共价键与极性共价键 (3) 按共用电子对是否偏移可分为： 非极性共价键 (nonpolar covalent bond) 极性共价键 (polar covalent bond) 同种原子形成的共价键。 例如H2、O2、N2等分子形成非极性共价键。 不同种的原子形成的共价键。 例如NH3分子中NH
7、键，H2O分子的OH键等。 二、 键参数（bond parameter）（键能、键长、键角） 在一定温度和标准压力下断裂1mol共价键所需能量 1、键能（bond energy, E）： 离解能（D）： 在一定温度和标准压下将1mol理想气态分子离 解成理想气态原子所需要的能量。 H2(g) = H(g) + H(g) DH-H = 436 kJmol-1 = EH-H H2O(g) = OH(g) + H(g) DH-OH = 502 kJmol-1 OH (g) = O (g) + H(g) DH-O = 423.7 kJmol-1 第一节 共价键和共价化合物 一般地，键能越大，化学键越牢
8、固，分子也就越稳定 。 2、键长(bond length) 分子内成键两原子核间的平均距离 一些共价键键能和键长 在两个确定的原子之间，若形成不同的化学键，其键长 越短，键能就越大，分子就越稳定。 二、 键参数 3、键角(bond angle) 分子中两个相邻化学键之间的夹角 键长和键角是描述分子几何构型的两要素 例如：CO2 ，键长116.2pm，键角180，直线型。 NH3：键长101.9pm，键角10718，三角锥型。 二、 键参数 三、杂化轨道理论 (hybridization orbital theory) 第一节 共价键和共价化合物 基本要点： 1 杂化与杂化轨道的概念 2 杂化类
9、型与分子的几何构型 3 等性杂化与不等性杂化 1、杂化(hybridization)与杂化轨道(hybrid orbital)的概念 同一原子中能量相近的n个原子轨道，在成键过程中重 新分配能量和确定空间方向，组合成n个新的轨道，这一过程 称为“杂化”。所形成的新轨道叫“杂化轨道”。 三、杂化轨道理论 (orbital hybridization theory) 说明： 原子轨道只有在形成分子的过程中才会发生杂化。 同一原子内有几个原子轨道参与杂化，就可得到几个杂化轨道 。 杂化轨道比原来轨道的成键能力强,，形成的分子更稳定。 (4) 杂化轨道之间尽可能在空间取最大夹角分布。 2、杂化类型与分
10、子的几何构型 三、杂化轨道理论 (orbital hybridization theory) 常见的杂化类型有: s + p : sp、sp2、sp3 s+p+d : d2sp3 、sp3d2、dsp2、dsp3、 sp3d （1） sp 杂化: +1个ns1个np sp杂化 2个sp杂化轨道 sp 杂化轨道形成示意图 特点： a、每个sp杂化轨道中含有1/2s成分和1/2的p成分。 b、两个sp杂化轨道间夹角为180，几何构型为直线形。 sp杂化实例:试说明BeCl2分子的空间构型。 Be: BeClCl 2s 2p 激发 2s 2p sp杂化 sp 2p ClBeCl=180 （直线形）
11、Be的基态Be的激发态Be的杂化态 （2）sp2 杂化 特点： a、每个sp2杂化轨道中含有1/3s成分和2/3的p成分。 b、两个sp2杂化轨道间的夹角为120，几何构型为平面三角形。 三、杂化轨道理论 (orbital hybridization theory) +1个ns2个np sp2杂化 3个 sp2 杂化轨道 例：BF3分子的形成 B的基态B的激发态B的杂化态：sp2 2s 2p 2s 2p sp2 2p B F FF FBF=120 (平面三角形) （3）sp3杂化 特点： a、每个sp杂化轨道中含有 1/4s 成分和 3/4 的p成分。 b、每两个sp3杂化轨道间的夹角为109
12、28，杂化轨道的几何构型为 四面体。 三、杂化轨道理论 (orbital hybridization theory) +1个ns3个np sp3杂化 4个 sp3 杂化轨道 例：CH4的形成过程及构型 激发 杂化 思考题： 1、分析乙炔、乙烯和乙烷碳原子的成键方式 2、指出分子中各C原子是什么杂化类型？ CH3CH2OH、 CH3CH=CHCOH O sp3sp3 sp3 sp2sp2sp2 CH3C CH sp3spsp 按杂化后所形成的几个杂化轨道所含成分比例及能 量是否相同 等性杂化(equivalent hybridization): 完全相同 参与杂化的轨道均含有单电子或均是空轨道。
13、 例如CH4是sp3等性杂化。 有孤对电子占据的原子轨道与单电子轨道或单电子轨 道与空轨 道参与杂化。 例如NH3、H2O是sp3不等性杂化。 不等性杂化(nonequivalent hybridization) 不完全相同 3、等性杂化与不等性杂化 例：NH3的不等性sp3杂化过程及结构 sp3杂化 HNH=10718 2s 2p sp3 例：H2O 的不等性sp3杂化过程及结构 H2O 2p 2s sp3杂化 sp3 3、等性杂化与不等性杂化 三、杂化轨道理论 (orbital hybridization theory) 小结: 杂杂化类类型spsp2sp3(等性)sp3(不等性) 杂杂化
14、原子轨轨道1个s+1个p1个s+2个p1个s+3个p1个s+3个p 杂杂化轨轨道数2个sp3个sp24个sp3 4个sp3 (含1或2 对对孤对电对电 子) 杂杂化轨轨道夹夹角180120109.5 90109.5 分子构型直线线形平面三角形正四面体三角锥锥，V形 实实例BeCl2, C2H2, HgCl2 BF3, C2H4, SO3，NO3- CH4, CCl4NH3，H2O 三、杂化轨道理论 (orbital hybridization theory) 课堂练习： 因为O原子采用sp3不等性杂化，形成的4个sp3杂化轨道指 向变形四面体的4个顶角；其中2个含单电子的sp3杂化轨道分 别与
15、1个H原子的1s轨道重叠成键；另2个含孤对电子的sp3杂 化轨道，1个与H1s轨道形成配键，1个未成键，属O原子独 有。由于这个含有孤对电子的电子云对其他3个成键电子对的 排斥作用，使键角小于109.5，H3O+是三角锥形。 试用杂化轨道理论解释 H3O+ 离子是三角锥形。 2s 2p sp3杂化 不等性 sp3 三、杂化轨道理论 (orbital hybridization theory) 四、价层电子互斥理论（VSEPR法） 1940年 Sidgwick 提出价层电子对互斥理论，用以判断分 子的几何构型。 分子 ABn(非过渡元素) 中， A 为中心， B 为 配体，B均与A有键联关系。本节讨论的 ABn 型分子中，A为 主族元素的原子。 1. 理论要点 ABn 型分子的几何构型取决于中心 A 的价层中电子对的排 斥作
