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1、第第3 3章章 化学键与分子结构化学键与分子结构一、一、离子键理论离子键理论 二、二、共价键理论共价键理论1. 1. 经典价键理论经典价键理论（路易斯理论）（路易斯理论）2. 2. 现代价键理论现代价键理论（电子配对法）（电子配对法）3. 3. 原子轨道杂化理论原子轨道杂化理论4. 4. 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论5. 5. 分子轨道理论分子轨道理论6. 6. 共价键参数与分子性质共价键参数与分子性质 三、金属键理论三、金属键理论 四、分子间力和氢键四、分子间力和氢键二、二、共价键理论共价键理论1. 1. 经典价键理论经典价键理论（路易斯理论，共用电子对路易斯理论，共用电子对）2.
2、2. 现代价键理论现代价键理论（电子配对法电子配对法）3. 3. 原子轨道杂化理论原子轨道杂化理论4. 4. 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论5. 5. 分子轨道理论分子轨道理论6. 6. 共价键参数与分子性质共价键参数与分子性质1. 经典价键理论（路易斯理论）离子键理论能很好地说明离子型化合物的形成离子键理论能很好地说明离子型化合物的形成 和特性，但它不能说明由相同原子组成的单质分子和特性，但它不能说明由相同原子组成的单质分子 如如HH2 2、ClCl2 2、N N2 2等的形成，也不能说明由化学性质等的形成，也不能说明由化学性质 相近的元素所组成的化合物分子如相近的元素所组成的化合物分
3、子如HClHCl、HH2 2OO等的等的 形成。形成。美国化学家路易斯为了说明分子的形美国化学家路易斯为了说明分子的形 成，成，19161916年年提出了共价键学说，建立了经提出了共价键学说，建立了经典的共价键理论。典的共价键理论。路易斯路易斯 G.N.Lewis,1875-1946G.N.Lewis,1875-1946共用电子对，稀有气体八隅体结构共用电子对，稀有气体八隅体结构 1. 经典价键理论（路易斯理论）不能解释一些分子的稳定存在；不能解释共价键的方向不能解释一些分子的稳定存在；不能解释共价键的方向 性、饱和性；不能说明为什么两个电子不相斥，反而互相配性、饱和性；不能说明为什么两个电子
4、不相斥，反而互相配 对？共用电子对能使原子结合成分子的本质原因是什么？对？共用电子对能使原子结合成分子的本质原因是什么？HH HH.ClClClCl.N NN N. .HHClCl. .2. 现代价键理论（电子配对法）（1 1）共价键的本质）共价键的本质（2 2）共价键成键原理）共价键成键原理（3 3）共价键的特征）共价键的特征（4 4）共价键的键型）共价键的键型19271927年，德国化学家年，德国化学家海特勒海特勒和和伦敦伦敦，把量子力学的成果应用，把量子力学的成果应用 到到HH2 2分子结构上，提出电子配对法：分子结构上，提出电子配对法：（1 1）共价键的本质）共价键的本质R0RR R0
5、 0= 87pm= 87pm基态基态排斥态排斥态氢分子形成过程能量随核间距离变化示意图氢分子形成过程能量随核间距离变化示意图 （1 1）共价键的本质）共价键的本质氢分子氢分子基态和排斥态基态和排斥态的的| | |2 2和原子轨道重叠的示意图和原子轨道重叠的示意图 （1 1）共价键的本质）共价键的本质氢分子的基态能成键，是两个氢原子轨道（氢分子的基态能成键，是两个氢原子轨道（1s1s）互相叠加，由互相叠加，由 于两个于两个 1s1s都是正值，叠加后使都是正值，叠加后使两个原子核间的电子云密度增加两个原子核间的电子云密度增加，在，在两核间出现了一个概率密度最大的区域，这叫做两核间出现了一个概率密度
6、最大的区域，这叫做原子轨道的重叠原子轨道的重叠； 重叠的结果，一方面降低了两个核间的正电排斥，另一方面增大了重叠的结果，一方面降低了两个核间的正电排斥，另一方面增大了 两个核对电子云密度大的区域的吸引，有利于体系势能的降低，有两个核对电子云密度大的区域的吸引，有利于体系势能的降低，有 利于形成稳定的化学键；利于形成稳定的化学键；氢分子的排斥态则相当于两个氢氢分子的排斥态则相当于两个氢原子轨道的相减原子轨道的相减，在两个核间，在两个核间出现了一个出现了一个空白区空白区，增大了两个核的排斥能，因而体系的能量升高，增大了两个核的排斥能，因而体系的能量升高 而不能成键。而不能成键。量子力学阐明了共价键
7、的本质是电性的量子力学阐明了共价键的本质是电性的（2 2）共价键成键原理）共价键成键原理电子配对原理电子配对原理能量最低原理能量最低原理原子轨道最大重叠原理原子轨道最大重叠原理成单电子、自旋相反配对成单电子、自旋相反配对（3 3）共价键的特征）共价键的特征结合力的本质是电性的结合力的本质是电性的具有饱和性具有饱和性每种元素的原子提供每种元素的原子提供 能用于形成共价键的能用于形成共价键的 轨道数和成单电子的轨道数和成单电子的 数目是一定的；数目是一定的；N NH ClH O HH H（3 3）共价键的特征）共价键的特征具有方向性具有方向性原子轨道除原子轨道除s s轨道轨道成球形对称外，成球形对
8、称外，p,d,fp,d,f轨道轨道在空间都有一定取向和伸展方向，在空间都有一定取向和伸展方向， 只有沿着一定的方向才能发生最大程度只有沿着一定的方向才能发生最大程度 的重叠；的重叠；共价键的方向性决定分子的空共价键的方向性决定分子的空 间构型，影响分子的性质间构型，影响分子的性质。 HH2 2S S分子成键示意图分子成键示意图HClHCl分子成键示意图分子成键示意图（4 4）共价键的键型）共价键的键型 键键沿键轴方向，以沿键轴方向，以“头碰头头碰头”方式发方式发 生轨道重叠，轨道生轨道重叠，轨道 重叠部分沿着键轴重叠部分沿着键轴 呈圆柱形分布，呈圆柱形分布， 键的键能大，稳定键的键能大，稳定
9、性高，能量低；性高，能量低；s s s s( (HH2 2) )s s p px x( (HClHCl) )p px x p px x( (ClCl2 2) ) 键电子云键电子云（4 4）共价键的键型）共价键的键型 键键 键电子云键电子云原子轨道以原子轨道以“肩并肩肩并肩”（ 或平行）的方式发生重叠或平行）的方式发生重叠 ，轨道重叠部分对通过键，轨道重叠部分对通过键 轴的平面是反对称的，其轴的平面是反对称的，其 电子云分布的界面图好像电子云分布的界面图好像 是两个长圆形的冬瓜；是两个长圆形的冬瓜； 键轨道重叠程度和键能都比键轨道重叠程度和键能都比 键小键小 ，所以，所以 键的稳定性低（能量高）
10、于键的稳定性低（能量高）于 键；键； 键电子的活动性较高，它是键电子的活动性较高，它是 化学反应的积极参加者。化学反应的积极参加者。 （4 4）共价键的键型）共价键的键型键的键的类型类型 键键 键键原子轨道重叠方式原子轨道重叠方式沿键轴方向沿键轴方向头碰头头碰头沿键轴方向沿键轴方向肩并肩肩并肩原子轨道重叠部位原子轨道重叠部位两原子核之间，两原子核之间，在键在键 轴处轴处键轴上方和下方键轴上方和下方，键，键 轴处为零轴处为零原子轨道重叠程度原子轨道重叠程度大大小小键的强度键的强度较大较大较小较小化学活泼性化学活泼性不活泼不活泼活泼活泼 键和键和 键的特征比较键的特征比较 键键（4 4）共价键的键
11、型）共价键的键型 配位键配位键C COOC COO一个原子的价电子层中有一个原子的价电子层中有 孤电子对；孤电子对；另一个原子的价电子层中另一个原子的价电子层中 有可接受孤电子对的空轨道有可接受孤电子对的空轨道 ；形成配位键的条件：形成配位键的条件：由一个原子提供电子对为两个原子所共用而形成的共由一个原子提供电子对为两个原子所共用而形成的共 价键，称为配位键或价键，称为配位键或 配键，用一个指向接受电子对的原配键，用一个指向接受电子对的原子的箭头子的箭头 来表示。来表示。2. 现代价键理论（电子配对法）电子配对法简明地阐述了共价键的形成过程和本质电子配对法简明地阐述了共价键的形成过程和本质，并
12、成功地解释了共价键的方向性、饱和性的特点，但，并成功地解释了共价键的方向性、饱和性的特点，但 不能解释不能解释CHCH4 4分子的空间构型。分子的空间构型。 C C为了解释多原子分子的为了解释多原子分子的 空间结构，空间结构， 1931 1931 年年鲍林鲍林在在价键理论的基础上，提出了价键理论的基础上，提出了 原子轨道杂化理论原子轨道杂化理论。 3. 原子轨道杂化理论在形成分子时，若干不同类型的、在形成分子时，若干不同类型的、能量相近能量相近的原子轨道混的原子轨道混 合起来，重新组成一组新轨道，这种轨道重新组合的过程叫合起来，重新组成一组新轨道，这种轨道重新组合的过程叫杂杂 化化，所形成的新
13、轨道叫，所形成的新轨道叫杂化轨道杂化轨道。杂化轨道可以与其它原子轨。杂化轨道可以与其它原子轨 道重叠形成化学键。道重叠形成化学键。 杂化后的轨道杂化后的轨道变了变了更有利于成键更有利于成键轨道的轨道的成分成分 变了变了轨道的轨道的能量能量 变了变了轨道的轨道的形状形状 变了变了3. 原子轨道杂化理论（1 1）杂化轨道类型）杂化轨道类型（2 2） 键与大键与大 键键（3 3）轨道杂化理论）轨道杂化理论的要点与问题的要点与问题（1 1）杂化轨道类型）杂化轨道类型 s-p s-p 型杂化型杂化 等性与不等性杂化等性与不等性杂化 s-p-d s-p-d 型杂化型杂化（1 1）杂化轨道类型）杂化轨道类型
14、 s-ps-p 型杂化型杂化spsp3 3 杂化杂化2s2pC C基态基态激发激发2s2p激发态激发态杂化杂化spsp3 3杂化轨道杂化轨道成键成键CHCH4 4正四面体正四面体（1 1）杂化轨道类型）杂化轨道类型 s-ps-p 型杂化型杂化spsp2 2 杂化杂化BFBF3 32s2pB B基态基态激发激发2s2p激发态激发态杂化杂化spsp2 2杂化轨道杂化轨道2p平面三角形平面三角形成键成键（1 1）杂化轨道类型）杂化轨道类型 s-ps-p 型杂化型杂化spsp杂化杂化BeClBeCl2 22s2pBeBe基态基态激发激发2s2p激发态激发态杂化杂化spsp杂化轨道杂化轨道2p直线形直线
15、形成键成键（1 1）杂化轨道类型）杂化轨道类型 s-ps-p 型杂化型杂化s-ps-p 型杂化小结型杂化小结杂化轨杂化轨 道类型道类型参加杂化的参加杂化的 轨道数目轨道数目杂化杂化 轨道轨道 数目数目杂化轨道中杂化轨道中键角键角空间构型空间构型 s sp ps s 含量含量p p 含量含量 spsp1 11 12 21/21/21/21/2 180180直线直线 spsp2 21 12 23 31/31/32/32/3 120120平面三角平面三角spsp3 31 13 34 41/41/43/43/41092810928 四面体四面体在在s-ps-p 型杂化中，键角随着杂化轨型杂化中，键角随着杂化轨 道中道中s s含量的增加而变大；含量的增加而变大；等性杂化等性杂化 杂化轨道杂化轨道 性质等同性质等同（1 1）杂化轨道类型）杂化轨道类型 等性与不等性杂化等性与不等性杂化HH2 2O O 分子分子成键成键孤孤电子对电子对参与杂化参与杂化 不参与成键不参与成键2s2pOO基态基态杂化杂化spsp3 3不等性杂化轨道不等性杂化轨道分子构型：分子构型：V V形形分子分子电子构型：电子构型：四面体四面体HOHHOH= = 104.5104.5不参加成键的孤电子对参
