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1、3.4 共价结合与共价晶体,77007006,共价键的形成： A, B 两原子各有一个成单电子，当 A, B 相互接近时, 两电子以自旋相反的方式结成电子对, 即两个电子所在的原子轨道能相互重叠, 则体系能量降低, 形成化学键, 亦即一对电子则形成一个共价键. 形成的共价键越多, 则体系能量越低, 形成的分子越稳定. 因此, 各原子中的未成对电子尽可能多地形成共价键.,3.4.1氢分子中的共价键,量子力学计算表明, 两个具有1s电子构型的 H 彼此靠近, 两个 1s 电子以自旋相反的方式形成电子对, 使体系的能量降低 。,成健态：自旋相同 反健态：自旋相反 D：解离能,H2 中的化学键可以认为
2、是电子自旋相反成对, 使体系的能量降低. 从电子云角度考虑, 可认为 H 的 1s轨道在两核间重叠, 使电子在两核间出现的几率大, 形成负电区, 两核吸引核间负电区, 使 H 结合在一起 。,3.4.2共价键的饱和性和方向性：共价键理论,一、价键理论（VB，valence bond theory）,原子结构示意图,电子轨道示意图,价键理论的三个要点：1. 定域性：自旋反平行的两个电子绕核做高速运动，属于成键原子共同所有。电子对在两核之间出现的几率最大；,2. 饱和性：每个原子成键的总数或以单键连接的原子数目是一定的。原子形成共价键的数目受原子中未成对电子数的限制；,3. 方向性：原子轨道有一定
3、的方向性（s，p，d），成键电子的原子轨道如果重叠越多，原子核间电子云密度越大，所形成的共价键越稳定：最大重叠原理。按照最大重叠原理，成键原子的电子云必须在个子密度最大的方向上重叠，这决定了共价键具有方向性。,成键方向对分子结构的影响,二、杂化轨道理论（hybrid orbital theory）,1931年，鲍林（Pauling L）提出原子轨道杂化理论。,这是用一个2s轨道和三个2p轨道进行的杂化，故称为sp3 杂化。与基态轨道相比，杂化轨道具有以下特点：a). 能量相等，成分相同（1/4s轨道和3/4p轨道）； b). 杂化轨道的电子云分布更集中，可使成键轨道间的重叠部分增大，成键能力增
4、强；,三、键和 共价键具有方向性。按照成键的方向不同，分为键和键。 键和键是两类重要的共价键。 1. 键： 在甲烷分子中，存在四个等同的C-H键，碳原子采取sp3 杂化。取一个杂化轨道进行分析,当氢原子的1s轨道沿着对称轴的方向与碳原子sp3 杂化轨道重叠时，原子轨道重叠程度最大，形成的共价键最牢固。由原子轨道是立体对称的，原子轨道绕轴的旋转不影响成键，因而，形成的键是可以自由旋转的。这种沿着对称轴的方向以“头碰头”的方式相互重叠形成的键叫做键。构成键的电子称为电子。一个键包括两个电子。 甲烷分子中，四个键夹角为10928，分子构型为正四面体型。,乙烷分子中，除C- H外，还存在C- C 键（
5、CH3-CH3 ）,键的成键特点： 1). “头碰头”成键，电子云近似圆柱形分布； 2). 键可以旋转； 3). 键较稳定，存在于一切共价键中。 因而，只含有键的化合物性质是比较稳定的（烷烃）。,2. 键： 在乙烯分子中，碳原子采取sp2 杂化。另有一个p轨道不参与杂化，而形成另一类型的共价键键。,未杂化的p轨道可以“肩并肩”平行重叠成键，形成键。构成键的电子叫做电子。 键的成键特点： 1). “肩并肩”成键； 2). 电子云重叠程度不及键，较活泼； 3). 键必须与键共存； 4). 键不能自由旋转。 因而，具有键的化合物性质较活泼（烯烃、炔烃等）。,3.5金属键和金属晶体,金属键的形象说法:
6、 “失去电子的金属离子浸在自由电子的海洋中”. 金属离子通过吸引自由电子联系在一起, 形成金属晶体. 这就是金属键. 金属键无方向性, 无固定的键能, 金属键的强弱和自由电子的多少有关, 也和离子半径、电子层结构等其它许多因素有关, 很复杂.,性质：,金属可以吸收波长范围极广的光, 并重新反射出, 故金属晶体不透明, 且有金属光泽. 在外电压的作用下, 自由电子可以定向移动, 故有导电性. 受热时通过自由电子的碰撞及其与金属离子之间的碰撞, 传递能量. 故金属是热的良导体.,3.6H键结合与氢键晶体,1. 氢键的概念 以 HF 为例, F 的电负性相当大, 电子对偏向 F, 而 H 几乎成了质子, 这种 H 与其它分子中电负性相当大、r 小的原子相互接近时, 产生一种特殊的分子间力 氢键. 表示为 : FHFH 两个条件: 1.与电负性大且 r 小的原子(F, O, N)相连的 H ;2. 在附近有电负性大, r 小的原子(F, O, N).,
