第10章共价键与分子间作用力.ppt
1第十章第十章 分子结构分子结构 10.1 离子键离子键10.2 共价键共价键10.3 分子间作用力分子间作用力2分子或晶体中相邻原子间强烈的相互作分子或晶体中相邻原子间强烈的相互作用力称为用力称为化学键化学键。离子键离子键共价键共价键(配位键配位键)金属键金属键化学键的概念化学键的概念310.1 离子键离子键一、形成与特点一、形成与特点静电引力静电引力221rqqFq1，q2 分别为正负离子所带电量分别为正负离子所带电量，r 为正负离子的核间距离。为正负离子的核间距离。无方向性和饱和性无方向性和饱和性与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向；与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向；且只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。且只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。4二、影响离子键强弱及离子化合物性质的因素二、影响离子键强弱及离子化合物性质的因素u 电荷、半径电荷、半径:化合物化合物NaI NaBr NaCl NaFBaOCaOMgO熔点熔点/K935102010741265217328433075u电子构型电子构型:NaCl易溶于水，易溶于水，CuCl难溶于水。难溶于水。221rqqF5 10.2 共价键理论共价键理论 一一 经典路易斯理论经典路易斯理论 1916 年，美国科学家年，美国科学家 Lewis 提出共价键理论。提出共价键理论。认为分子中的原子都有认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势形成稀有气体电子结构的趋势，求得本身的稳定。求得本身的稳定。而达到这种结构，是通过共用最外而达到这种结构，是通过共用最外层的单电子来实现。层的单电子来实现。例如例如 H +H =H H 通过共用一对电子，通过共用一对电子，每个每个 H 均成为均成为 He 的电子构型，形成一个共价键。的电子构型，形成一个共价键。6 但但 Lewis 没有说明这种键的实质，所以适应性没有说明这种键的实质，所以适应性不强不强。在解释在解释 BCl 3，PCl 5 等其中的原子未全部等其中的原子未全部达到稀有气体结构的分子时，遇到困难。达到稀有气体结构的分子时，遇到困难。B ClClClClPClClClCl7二、现代价键理论二、现代价键理论 引言：氢分子的共价键引言：氢分子的共价键 计算表明，若两个计算表明，若两个 1s 电子电子以相同自旋的方式靠近，则以相同自旋的方式靠近，则 r 越小，越小，V 越大。此时，不形越大。此时，不形成化学键。成化学键。V0Drro8 H2 中的化学键，可以认为是中的化学键，可以认为是电子自旋相反配对电子自旋相反配对，结果使体系的能量降低结果使体系的能量降低。从电子云的观点考虑，可认为从电子云的观点考虑，可认为 H 的的 1s 轨道在两核轨道在两核间重叠，使电子在两核间出现的几率大，形成负电区。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，使两核吸引核间负电区，使 2 个个 H 结合在一起。结合在一起。9、现代价键理论基本要点、现代价键理论基本要点 (1)(1)具有具有自旋相反自旋相反的未成对电子的两原子相互的未成对电子的两原子相互接近时，接近时，原子轨道（电子云）重叠原子轨道（电子云）重叠使核间电子使核间电子云密度增大，体系能量降低，形成稳定的共价云密度增大，体系能量降低，形成稳定的共价键。键。(2)(2)两个成键原子的电子云重叠越多，核间两个成键原子的电子云重叠越多，核间电子云密度就越大，形成的共价键就越牢固。电子云密度就越大，形成的共价键就越牢固。原子轨道最大重叠原理。原子轨道最大重叠原理。10共价键的特征共价键的特征 共价键的饱和性共价键的饱和性（受自旋相反限制）（受自旋相反限制）一个原子上的一个电子只能与另一个原子上一个原子上的一个电子只能与另一个原子上自旋方向相反的一个电子配对；自旋方向相反的一个电子配对；一个原子中所含未成对电子数就是它可能形一个原子中所含未成对电子数就是它可能形成共价键的数目。成共价键的数目。共价键的方向性共价键的方向性（受最大重叠原理限制（受最大重叠原理限制）共价键的方向性示意图共价键的方向性示意图11s-ss-pp-p1.1.键：键：原子轨道以原子轨道以“头碰头头碰头”的形式重的形式重叠形成的共价键。叠形成的共价键。共价键的类型（共价键的类型（键、键、键、配位键）键、配位键）12键的电子云界面图键的电子云界面图键的特点键的特点：电子云重叠程度大，能量低。故电子云重叠程度大，能量低。故键比较牢固，是键比较牢固，是首选成键方式首选成键方式。13键键:原子轨道以原子轨道以“肩并肩肩并肩”式重叠形成的式重叠形成的共价键称为共价键称为键键。键特点键特点：电子云重叠程度较小，较活泼，电子云重叠程度较小，较活泼，且且键一般键一般不能单独存在不能单独存在。147N 2s22p32s2pN2分子的成键方式：分子的成键方式：15 键以键以“头碰头头碰头”式成式成键键重叠程度大重叠程度大键较牢固键较牢固沿键轴呈圆柱形对称沿键轴呈圆柱形对称自由旋转自由旋转单独存在单独存在 键以键以“肩并肩肩并肩”式成键式成键重叠程度小重叠程度小键易断开键易断开在通过键轴的平面上下对称在通过键轴的平面上下对称不能旋转不能旋转只能与只能与 键共存键共存 键和键和 键键 的比较的比较16N +H H N HHHHHH+配位键配位键 共用电子对由某个原子共用电子对由某个原子单方单方提供，提供，另一个原子另一个原子提供空轨道提供空轨道。17 键参数（键能、键长、键角和键的极性等）键参数（键能、键长、键角和键的极性等）键能键能(bond energy)在在298K 和标准压力（和标准压力（100kPa）时，将时，将lmol气气态分子态分子AB拆开，成为气态的拆开，成为气态的A原子和原子和B原子所原子所需要的能量。用符号需要的能量。用符号E表示，单位表示，单位kJmol-1。对双原子分子对双原子分子 ：E=DA-B对于多原子分子对于多原子分子 ：nDEn 键能越大，化学键越牢固，分子越稳定；键能越大，化学键越牢固，分子越稳定；单键单键 双键双键 叁键叁键18键长键长分子中两个原子核间的平衡距离叫做键长。分子中两个原子核间的平衡距离叫做键长。通常键长越短，键越牢固。通常键长越短，键越牢固。键角键角在分子中同一原子形成的在分子中同一原子形成的两个化学键之间的夹角两个化学键之间的夹角叫叫键角。键角。19键的极性键的极性非极性共价键：非极性共价键：成键电子云无偏向、正负电荷重成键电子云无偏向、正负电荷重心重合的共价键。心重合的共价键。极性共价键：极性共价键：成键电子云有偏向、正负电荷重心成键电子云有偏向、正负电荷重心不重合的共价键。不重合的共价键。成键原子间的电负性差值越大，键的极性就越大。成键原子间的电负性差值越大，键的极性就越大。离子键可以看成是极性键的极限。离子键可以看成是极性键的极限。ClClClClClClClCl非极性键非极性键ClClH HH HClCl极性键极性键-Cl-ClNa+Na+NaNaClCl离子键离子键208O 2s22p42s2p6C 2s22p22s2p问题H2O的键角为什么为的键角为什么为104.5？如何解释如何解释CH4分子的空间构型？分子的空间构型？211.1.原子在形成分子的过程中原子在形成分子的过程中,同一原子同一原子能量相近的不能量相近的不同类型的原子轨道同类型的原子轨道改变了原有轨道的状态改变了原有轨道的状态(能量、形能量、形状、方向状、方向),),重新组合成新的轨道杂化轨道重新组合成新的轨道杂化轨道(一头大一头大,一头小一头小)。杂化轨道具有。杂化轨道具有更强的成键能力更强的成键能力。2.2.有几个原子轨道参加杂化有几个原子轨道参加杂化,就能组合成几个杂化轨就能组合成几个杂化轨道。道。基本要点基本要点三、杂化轨道理论三、杂化轨道理论22+-+-+-spspsp3.3.杂化轨道的空间取向是取杂化轨道的空间取向是取尽可能大的键角尽可能大的键角,使相互使相互的排斥作用达到最小，形成的键更稳定。的排斥作用达到最小，形成的键更稳定。两个杂化轨道：两个杂化轨道：直线形直线形三个杂化轨道：三个杂化轨道：平面三角形平面三角形四个杂化轨道：四个杂化轨道：正四面体形正四面体形23a)按参加杂化的轨道分类按参加杂化的轨道分类 s p 型型 sp 杂化、杂化、sp2 杂化和杂化和 sp3 杂化杂化；s p d 型型 sp3 d 杂化、杂化、sp3 d2 杂化等杂化等。杂化轨道的类型杂化轨道的类型24激发杂化 b)按按杂化轨道能量是否一致杂化轨道能量是否一致分类分类 等性杂化，等性杂化，如如 C 的的 sp3 杂化杂化 4 条条 sp3 杂化轨道能量一致。杂化轨道能量一致。杂化 不等性杂化，不等性杂化，如如 O 的的 sp3 杂化杂化 4条条 sp3 杂化轨道能量不相等。杂化轨道能量不相等。25同一层上同一层上1个个s轨道和轨道和l个个p轨道间进行杂化，轨道间进行杂化，叫做叫做sp杂化。其杂化所形成的轨道，叫做杂化。其杂化所形成的轨道，叫做sp杂化轨道。杂化轨道。（直线型）（直线型）sp杂化杂化激发激发杂化杂化+-+-+-BeClCl+-BeCl2的形成过程的形成过程4Be 2s226 sp2杂化杂化 同一层上同一层上1个个s轨道和轨道和2个个p轨道间的杂化，叫做轨道间的杂化，叫做sp2杂化，其杂化所生成的杂化轨道，叫做杂化，其杂化所生成的杂化轨道，叫做sp2杂化轨道。杂化轨道。（平面三角形）（平面三角形）激发激发杂化杂化+-+-BFF+-+-+-+-FB BFFFBF3的形成过程的形成过程5B27 sp3杂化杂化 同一层上同一层上1个个s轨道和轨道和3个个p轨道间的杂化，叫做轨道间的杂化，叫做sp3杂化。其杂化所生成的杂化轨道，叫做杂化。其杂化所生成的杂化轨道，叫做sp3杂化轨道。杂化轨道。（四面体型）（四面体型）激发激发杂化杂化CHHHH109.5CH4分子形成分子形成6C28 不等性的不等性的sp3杂化杂化 杂化以后的几个杂化轨道的能量不完全相等。杂化以后的几个杂化轨道的能量不完全相等。杂化杂化O OH104.5HH2O呈呈V形结构形结构8O29杂化杂化NH107.3HHNH3分子的空间构型分子的空间构型7N30杂化轨道类型杂化轨道类型键角键角分子空分子空间构型间构型实例实例等性杂等性杂化化sp杂化杂化180直线型直线型BeCl2、HgCl2sp2杂化杂化 120平面正平面正BF3、BCl3sp3杂化杂化10928正四面正四面体体CH4、CCl4sp3不等不等性杂化性杂化一对孤电一对孤电子子三角锥三角锥NH3、SbCl3两对孤电两对孤电子子V型型H2O、H2S杂化轨道类型与分子空间构型的关系小结杂化轨道类型与分子空间构型的关系小结31四、價層電子對互斥理論四、價層電子對互斥理論 分子的幾何構型取決於中心原子分子的幾何構型取決於中心原子價電子層價電子層中電子對中電子對的相互排斥。的相互排斥。2對：直線型；對：直線型；sp雜化。雜化。3對：正三角型；對：正三角型；sp2雜化。雜化。4對：正四面體。對：正四面體。sp3雜化。雜化。有孤對電子時，會有變形。有孤對電子時，會有變形。分子最穩定的構型是取電子對彼此間排斥力分子最穩定的構型是取電子對彼此間排斥力最小的構型。最小的構型。322配配体体提提供供的的电电子子数数中中心心原原子子价价电电子子数数价价电电子子对对数数 例：例：H2O，NH3，BF3，PO43-u 每个配体提供一个电子每个配体提供一个电子;u 配体原子是配体原子是O族元素时，不提供电子。族元素时，不提供电子。分子分子 AXm 中，中，A 为中心原子，为中心原子，X 为配体，为配体，m 为配体为配体的个数的个数
