第二讲 化学键与分子结构

第二讲 化学键与分子结构

第一节 离子键

一、 离子键的形成和特征 1、 离子键的形成

电离能很小的金属原子：

电负性 I1或Y1（KJ/mol） Na 0.9 496

0.8

3.0

419 -348.8

K

电子亲合能很大的非金属原子： Cl

O 3.5 -141

电负性相差大的元素相遇，一失电子，一得电子，它们之间以静电引力相结合，形成离子键。

④：阳阴离子间具有静电引力，两原子的电子云间存在排斥力，两原子核间存在相互排斥力，当两原子接近到一定距离，引力=斥力，（此时整个体系能量最低），形成离子键。

横坐标：核间距r；纵坐标：体系的势能V。

纵坐标的零点 当 r 无穷大时，即两核之间无限远时的势能。 下面来考察Na+和Cl－彼此接近的过程中，势能 V 的变化。

r = r0 ，V 有极小值，此时体系最稳定，表明形成离子键。

r < r0 ，当 r 减小时，V 急剧上升。因为 Na+ 和 Cl－ 彼此再接近时，电子云之间的斥力急剧增加，导致势能骤然上升。

因此，离子相互吸引，保持一定距离时，体系最稳定。这就意味着形成了离子键。 r0和键长有关，而V和键能有关。

2、 离子键的特征 ① 本质：阴、阳离子间的静电引力 ② 无方向性、饱和性 只要空间允许，尽可能多地吸引带相反电荷的离子（任何方向，尽可能多）。但总体来说，有一定比例。 二、 离子的特性

1、 离子的电荷

离子化合物AmBn：An+，Bm- +n﹥+3，很少见 2、 离子的电子层结构

简单阴离子的电子构型，一般与同周期希有气体原子电子层构型相同。 简单的阳离子构型：

编著：陈应河

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3、 离子半径

将阴阳离子看成是保持着一定距离的两个球体。

d = r+ + r- 单位：pm（10-12m）

规律： ① 同一元素：

负离子半径 ＞ 原子半径＞ 正离子半径 低价负离子半径 ＞ 高价负离子半径 低价正离子半径 ＞ 高价正离子半径 例：

② 同一周期

从左到右，阳离子：正电荷数↑，半径↓ 阴离子：负电荷数↓，半径↓

③ 同一主族

电荷数基本相同，从上到下，半径↑（∵电子层增加）

离子半径↓，离子间引力↑，离子键强度↑，熔、沸点↑，硬度↑

第二节 共价键理论

1916年，路易斯提出共价键理论。

N2O分子的路易斯结构式：

靠共用电子对，形成化学键，得到稳定电子层结构。 定义：原子间借用共用电子对结合的化学键叫作共价键。

对共价键的形成的认识，发展提出了现代价键理论和分子轨道理论。 一、 价键理论（电子配对法）

1、 氢分子共价键的形成和本质 （应用量子力学）

当两个氢原子（各有一个自旋方向相反的电子）相互靠近，到一定距离时，会发生相互作用。每个H原子核不仅吸引自己本身的1s电子还吸引另一个H原子的1s电子， 平衡之前，引力＞排斥力， 到平衡距离d，能量最低：E0﹤2E， 形成稳定的共价键。

H原子的玻尔半径：53pm，说明H2分子中两个H原子的1S轨道必然发生重叠，核间形成一个电子出现的几率密度较大的区域。 这样，增强了核间电子云对两核的吸引， 削弱了两核间斥力， 体系能量降低，更稳定。

（核间电子在核间同时受两个核的吸引比单独时受核的吸引要小，即位能低，∴能量低） 2、 价键理论要点

① 要有自旋相反的未配对的电子

H↑+ H↓ -→ H↑↓H 表示：H:H或H-H

编著：陈应河

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② 电子配对后不能再配对 即一个原子有几个未成对电子，只能和同数目的自旋方向相反的未成对

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电子成键。 如：N：2s2p，N≡N或NH3 这就是共价键的饱和性。 ③ 原子轨道的最大程度重叠

（重叠得越多，形成的共价键越牢固） 3、 共价键的类型

① σ键和π键（根据原子轨道重叠方式不同而分类） s-s ：σ键，如：H-H s-p ：σ键，如：H-Cl p-p ：σ键，如：Cl-Cl 单键：σ键

双键：一个σ键，一个π键 叁键：一个σ键，两个π键 例：N≡N

σ键的重叠程度比π键大，∴π键

原子轨道重叠方式

沿轴转180O 牢固程度

σ键

π键

π键，

不如σ键牢固。

头碰头 能单独存在 符号不变 牢固

肩并肩 不能单独存在

符号变 差

含共价双键和叁键的化合物重键容易打开，参与反应。

② 非极性共价键和极性共价键

根据共价键的极性分（电子云在两核中的分布），由同种原子组成的共价键为非极性共价键。 例： H2 ，O2 ，N2等

一般来说，不同种原子组成的共价键为极性共价键。 例： HCl，H2O，NH3等

共价键极性的强弱，可由成键原子的电负性的大小来表示。

极性共价键是非极性共价键和离子键的过渡键型。 ③ 配位共价键(配位键)

原子或离子有空轨道 有孤对电子 配位键的离子或分子很普遍

二、 键参数表征共价键的物理量叫键参数。

键能：共价键的强度

键长、键角：以共价键形成的分子的空间构型（几何构型） 1、 键能：衡量共价键强弱的物理量。 指298.15K，101.3KPa条件下，

AB（g）-→ A（g）+ B（g） 所需的E（KJ/mol）

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双原子分子，其键能 = 离解能D，如Cl2 ，HCl 多原子分子，指的是平均键能：

例：CH4 D1 = 435.1KJ/mol； D2 = 443.5KJ/mol； D3 = 443.5KJ/mol； D4 = 338.9KJ/mol； E（C-H）= （D1 + D2 + D3 + D4）/4= 415.25 KJ/mol 2、 键长（用X射线法）：

成键的两个原子核之间的距离。 两个原子共价半径之和 = 键长

键长越短，键能越大，共价键越牢固。 2、 键长（用X射线法）：

成键的两个原子核之间的距离。 两个原子共价半径之和 = 键长

键长越短，键能越大，共价键越牢固。 3、键角

键长和键角确定，分子构型就确定了。

价键理论比较简明地阐述了共价键的形成过程和本质，并成功地解释了共价键的饱和性和方向性，但在解释分子的空间构型（结构）方面发生一定困难。

第三节 杂化轨道理论和分子的几何构型

CH4，C的四价问题

1931年，Pauling、Slater在价键理论的基础上，提出杂化轨道理论。 一、 杂化轨道的概念

① 什么叫杂化轨道？

能量相近的原子轨道混合起来，重新组成一组能量相同的轨道，这一过程，称原子轨道杂化，组成的新轨道叫杂化轨道。 ② 原子轨道杂化后，使一头肥大，电子云分布更集中，成键能力更强。

原子轨道 杂化轨道

成键能力：S ﹤ P ﹤ SP ﹤ SP ﹤ SP 二、 杂化轨道的类型和分子的几何构型 1、 SP杂化和分子的几何构型 例：BeF2 的立体结构为线性

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编著：陈应河

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例： HgCl2 Hg 5d106s2

2、 SP杂化和分子的几何构型 例：BF3

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3、 SP3杂化和分子的几何构型 例：CH4

CH4分子

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