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1、1,共价键和分子间作用力,2,第一节 离子键,化学键：在分子和晶体中，直接相邻的原子或离子之间的强烈的相互作用。 1.离子键 2.共价键 3.金属键 分子间作用力: 分子与分子之间比较弱的相互作用力 1. 范德华力 2. 氢键,第六章 2.共价键和分子间作用力,3,Valence electron transfer leads to an ionic bond,4,Ionic Bond: One Big Greedy Thief Dog!,5,Covalent Bonds,6,Covalent Bonds: willing to share,7,Valence e- play a fundam
2、ental role in chemical bonding. e- transfer leads to ionic bonds. Sharing of e- leads to covalent bonds. e- are transferred of shared to give each atom a noble gas configuration the octet.,经典共价键电子理论,8,经典共价键电子理论,9,第一节 离子键,现代价键理论,经典共价键电子理论,该理论认为两个或多个原子可以相互“共用”一对或多对电子，以便达到路易斯结构，而生成稳定的分子。,H + H HH 或HH,但
3、不能解释一些分子的中心原子最外层电子数 少于或多于8个仍能稳定存在的事实。,10,一、氢分子形成和共价键的本质,(一) 氢分子的形成,两个氢原子接近时的能量变化曲线,r/pm,74.1,E/kJmol-1,氢分子的 两种状态,11,一、氢分子形成和共价键的本质,(二) 共价键的本质,可见共价键的本质是两原子轨道重叠，成键原子共享配对电子，电子云密集区把两个带正电荷的原子核吸引在一起而形成稳定的共价分子。,12,二、现代价键理论要点,（一）共价键的形成 共价键形成的条件 一是成键两原子各有自旋相反的单电子，可互相配对形成共价键。 二是单电子所处的两原子轨道互相重叠形成共价键。,13,二、现代价键
4、理论要点,（二）共价键的饱和性和方向性 饱和性 两原子自旋相反的单电子配对之后，不能再与第三个原子的单电子配对成键，这称为共价键的饱和性。 方向性 两原子轨道重叠越多，两核间电子云越密集，则系统能量降低越多，所形成的共价键越牢固，这称为原子轨道最大重叠理。,14,二、现代价键理论要点（二）共价键的饱和性和方向性,成键时原子轨道只有沿一定方向接近，才能达到最大重叠，才能形成共价键,15, 键:, 键:,对键轴呈圆柱形对称(头碰头),对键轴所在的某一特定平面具反对称性(肩并肩), 电子:形成 键的电子., 电子:形成 键的电子.,（三）共价键的类型 按原子轨道重叠方式不同 共价键分为键、键。,二、
5、现代价键理论要点,16,二、现代价键理论要点（三）共价键的类型,17,二、现代价键理论要点（三）共价键的类型,“s-s” 键,18,二、现代价键理论要点（三）共价键的类型,“s-p” 键,19,二、现代价键理论要点（三）共价键的类型,“p-p” 键,20,二、现代价键理论要点（三）共价键的类型,“p-p” 键,21,二、现代价键理论要点（三）共价键的类型,N 2分子中的键和键示意图,22,Keep in mind,The shape of a molecule is determined only by the orbitals forming bonds (the bond framewor
6、k) Note that only one of the bonds in a multiple bond is a bond; the others are bonds one bond in a double bond and two in a triple bond.,参见教材P122,23,二、现代价键理论要点（三）共价键的类型,成键原子一方有孤对电子， 另一方有空轨道.,特殊共价键:配位共价键,形成条件：,例：,24,二、现代价键理论要点,（四）共价键的参数 表征共价键特征的物理量称为共价键参数。 如键长、键角、键能和键的极性。,分子内成键两原子核间的平均距离。 两原子形成同型共价键
7、的键长越短，键越稳定。, 键长,25,二、现代价键理论要点（四）共价键的参数,键角是同一个原子形成的相邻两个键间的夹角。 分子构型由键角、键长决定。,.键角,分子式 键长/pm(实验值) 键角 (实验值) 几何构型,H2S CO2 NH3 CH4,134 92,角型,116.2 180,直线型,三角锥型,正四面体型,101 10718,109 10928,26,27,分子空间构型由键角、键长决定,28,linear,trigonal planar,tetrahedral,trigonal bipyramidal,octahedral,BF3,CH4,PCl5,SF6,分子空间构型由键角、键长决
8、定,29,二、现代价键理论要点（四）共价键的参数,键能 在一定温度和标准压下断裂 1mol 化学键所需要的能量。共价键强弱的量度。 一般键能越大，共价键强度越大。 成键时放出能量，断键时吸收能量。,30,二、现代价键理论要点（四）共价键的参数,一些共价键的键长和键能,31,二、现代价键理论要点（四）共价键的参数,4.共价键的极性 共价键共用电子对是否偏移分类,1)极性键,2)非极性键:,强极性键:,弱极性键:,如H2O,HCl中的共价键,如H2S,HI中的共价键,如N2,H2中的共价键,32,Covalent Bonds: willing to share,33,Example: Covale
9、nt Bonding in H2S,S atomic number is 16,34,分子式 键长/pm(实验值) 键角 (实验值) 几何构型,H2S CO2 NH3 CH4,134 92,角型,116.2 180,直线型,三角锥型,正四面体型,101 10718,109 10928,35,第一节 离子键,杂化轨道理论,为了从理论上说明分子构型，1931年美国化学家鲍林(L.Pauling) 等人以价键理论为基础，根据电子具有波动性、波可以叠加的原理，提出了杂化轨道理论 。,L.Pauling，斯坦福大学教授，曾阐明蛋白质中多肽链-螺旋的排列。两次获得诺贝尔奖。,36,第一节 离子键,杂化轨道
10、理论,一、 杂化轨道理论的要点 形成分子时，因原子之间的相互影响，同一原子内能量相近的不同类型的 n 个价原子轨道混合（杂化），重新分配能量和确定空间方向，形成 n 个新原子轨道 杂化轨道(hybrid orbital)。,37,第一节 离子键,杂化轨道理论 一、 杂化轨道理论的要点,2. 杂化轨道形状不同于原轨道形状，杂化轨道的角度分布变得一头大一头小，更有利于最大重叠，成键能力增强。而且原子轨道杂化过程中所需要的能量可由杂化轨道形成共价键时所释放的能量来补偿且有余，形成的分子更加稳定。,38,第一节 离子键,杂化轨道理论 一、 杂化轨道理论的要点,3. 杂化轨道之间尽可能取最大夹角分布，形
11、成相互排斥能最小的杂化轨道构型。杂化类型不同，杂化轨道构型也不相同，由此即可解释分子空间构型。 4. 杂化分为等性杂化和不等性杂化。,39,第一节 离子键,杂化轨道理论,二、原子轨道杂化类型及实例,(一) sp杂化:,BeCl2 :,Be,Cl,Cl,40,杂化轨道理论 二、原子轨道杂化类型及实例,两个sp杂化轨道:,41,杂化轨道理论 二、原子轨道杂化类型及实例,BeCl2,42,第一节 离子键,杂化轨道理论 二、原子轨道杂化类型及实例,(二)p2杂化:,BF3 :,43,第一节 离子键,杂化轨道理论 二、原子轨道杂化类型及实例,三个sp2杂化轨道:,44,杂化轨道理论 二、原子轨道杂化类型
12、及实例,45,第一节 离子键,杂化轨道理论 二、原子轨道杂化类型及实例,(三) sp3杂化:,CH4空间构型:,46,杂化轨道理论 二、原子轨道杂化类型及实例,47,杂化轨道理论 二、原子轨道杂化类型及实例,48,第一节 离子键,杂化轨道理论 二、原子轨道杂化类型及实例,(四) 不等性sp3杂化:,NH3 :,N,H,H,H,HNH=10718,49,杂化轨道理论 二、原子轨道杂化类型及实例,H2O:,O,H,H,HOH=10430,50,杂化轨道理论 二、原子轨道杂化类型及实例,51,第一节 离子键,杂化轨道理论 二、原子轨道杂化类型及实例,杂化轨道的类型与分子的空间构型,杂化轨道类型 参加
13、杂化的轨道 杂化轨道数 成键轨道夹角 分子空间构型 实例 中心原子,s+p,s+(3)p,s+(2)p,s+(3)p,2,4,4,3,Be(A) Hg(B),B(A),C,Si (A),N,P (A),O,S (A),不等性sp3,sp,sp2,sp3,180,120,10928,90 10928,H2O H2S,BeCl2 HgCl2,BF3 BCl3,CH4 SiCl4,NH3 PH3,52,53,Determine hybridization of the central atom?,CCl4 and CH3Cl,NH3 and NH4+,BF3 and PCl3,sp3 Tetrahe
14、dral,sp3 anamorphic Tetrahedral,sp3 Trigonal pyramidal,sp3 Tetrahedral,sp2 Trigonal planar,sp3 Trigonal pyramidal,54,分子间作用力,55,The phase transitions indicate that there are intermolecular forces between molecules,56,Inter- vs. Intramolecular Forces,The covalent bond holding a molecule together is an
15、 intramolecular force.,57,第一节 离子键,分子间作用力,一 、共价分子的极性和极化 （一）极性分子与非极性分子 每个分子都可看成由带正电的原子核和带负电的电子所组成的系统。整个分子是电中性的，但从分子内部电荷的分布看，可认为正负电荷各集中于一点，叫电荷重心。若正、负电荷重心重合称为非极性分子，不重合称为极性分子。,58,H,Cl,+,-,59,第一节 离子键,第五节 分子间作用力 一 、共价分子的极性和极化,双原子分子的极性与键的极性一致，即同核双原子分子如H2、O2是非极性键也是非极性分子，异核双原子分子如HCl、HF是极性键也是极性分子。 多原子分子的极性不仅与键
16、的极性有关，也与分子构型有关。CO2、CH4是非极性分子，SO2 、NH3为极性分子。,60,第一节 离子键,分子间作用力 一 、共价分子的极性和极化,分子的极性可用电偶极矩来衡量。它是分子中正、负电荷中心的距离 d 与正或负电荷中心上的电量 q 的乘积，即 = qd ，单位为10-30 Cm 。 = 0的分子为非极性分子。 0的分子为极性分子。 越大，分子极性越大,61,62,The Polarity of Polyatomic Molecules,63,64,第一节 离子键,分子间作用力 一 、共价分子的极性和极化,（二）分子的极化 在外电场作用下，无论是极性分子还是非极性分子都会发生变形，变形分子中电子云与原子核出现相对位移，使非极性分子产生诱导偶极、使极性分子的电偶极矩增大，这种现象称为分子的极化。,65,第一节 离子键,分子间作用力 一 、共价分子的极性和极化
