分子结构和共价键理论详解演示文稿

1.要点：
Lewis G. N.假定化学键所涉及的每一对电子处于两个相邻原子 之间为其共用，用A—B表示
双键和叁键相应于两对或三对共用电子. 分子的稳定性是因为 共用电子对服从“八隅律”(octet rule).
共用电子对——共价键
2.路易斯结构式
路易斯用元素符号之间的小黑点表示分子中各原子 的键合关系，代表一对成键电子的一对小黑点亦可用“ －”代替。路易斯结构式能够简洁地表达单质和化合物 的成键状况，其基本书写步骤如下：
(4)共价键的方向性和饱和性
共价键的数目由原子中单电子数决定，包括原有的和激发而 生成的。
例如：氧有两个单电子，H有一个单电子，所以结合成水分 子时，只能形成2个共价键。C最多能与4 个H形成共价键。原子 中单电子数决定了共价键的数目。即为共价键的饱和性。
路易斯结构式虽然能说明一些问题，但是它还是有一些局限性：
1）某些分子的中心原子最外层电子数不是稀有气体结构；但 仍能稳定存在；如，BF3、SF6、PCl5；
2）不能解释共价键的特性（方向性、饱和性等）； 3）不能解释单电子键H2+和O2的磁性。
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O O • •
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6-2 价键理论（VBT） ----(Valence Bond Theory)
分子结构和共价键理论详解演 示文稿
优选分子结构和共价键理论
本章学习要求
1.掌握价键理论和分子轨道理论的内容； 2.会用价键理论解释共价键的特征； 3.会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释 简单的分子结构。
6-1 路易斯理论
1916年，[美]化学家路易斯Lewis G. N.提出共价键理 论，说明分子的形成。如，H2；HCl。
2s
之间低原理
自旋方向相反的未成对电子配对成键后放出能量，使 体系量降低。放出能量越多，键越稳定。
（3） 原子轨道最大重叠原理
成键时成键电子的原子轨道尽可能按最大程度的重叠方式 进行，重叠越大，电子在核间的几率密度越大，共价键越牢 固，分子越稳定。成键原子轨道的重叠部分波函数Ψ的符号 必须相同。
推论：两原子各有一个成单电子且自旋反向，则形成一个稳 定共价单键；若有多个成单电子且自旋反向，则形成复键。
若A原子有两个成单电子，B原子有一个成单电子，满足自旋 反向则形成AB2型分子。
已知 N 原子的电子结构 2s 2 2p 3
2p
每个 N 原子有三个单电子，
所以形成 N2 分子时，N 原子与 N 原子
⑴ 按原子间的键合关系写出元素符号并将相邻原子 用单键连接。
在大多数情况下，原子间的键合关系是已知的, 例如, NO2中的键合关系不是N—O—O, 而是O—N—O。
⑵将各原子的价电子数相加, 算出可供利用的价电子总数 。如果被表达的物种带有正电荷, 价电子总数应减去正电荷数; 如果被表达的物种带有负电荷, 价电子总数应加上负电荷数。
于是，CO 可表示成 ：
C
O
配位键形成条件： 一个原子中有成对电子；而另一原子中有 可与成对电子所在轨道相互重叠的空轨道。
在配位化合物中，经常见到配位键。
在形成共价键时，单电子也可以由成对电子分开而得到。如 CH4 分子， C 原子 2s2 2p2 ，只有 2 个单电子。
2s
2p
电子激发
2s
2p
考察 CO 分子 C 2 s2 2 p2
O 2 s2 2 p4
形成CO分子时，与N2相仿，同样用了三对电子，形成三个 共价键。与 N2 不同之处是，其中有一个共价键具有特殊性—— C 原子和 O 原子各提供一个 2p轨道，互相重叠，但是其中的电
子是由O原子独自提供的。
这样的共价键称为共价配位键，经常简称为配位键。
ro
r
V
H2 中的化学键，可以认为是电子自
旋方向相反成对，结果使体系的能量降
低 。从图中可以看出，r = r0时， V 值 0
最小，表明此时两个H原子之间形成了化
学键。
－D
ro
r
从电子云的观点考虑，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 2 个 H结合在一起。
⑶ 扣除与共价单键相应的电子数(单键数×2)后，将剩余 的价电子分配给每个原子, 使其占有适当数目的非键合电子。 对第2周期元素而言, 非键合电子数与键合电子数之和往往能 使每个原子满足八隅律。
⑷ 如果剩余的电子不够安排，可将一些单键改为双键或叁键。
Question 写出 NO+ 离子的路易斯结构式.
H2分子的形成
共价键的本质——两原子互相接近时，由于原子轨道重叠， 两原子共用自旋方向相反的电子对，使体系能量降低，而形成 化学键（共价健）。
2.成键的原理
（1） 电子配对原理
A、B两原子各有一个自旋相反的未成对电子，它们可以互相配 对形成稳定的共价单键，这对电子为两个原子所共有。同理，可 形成共价双键、叁键等。如N2等。
2s中一个电子，跃迁到空的2p轨道中，称为激发。激发后C 原子有4 个单电子。
于是形成CH4 分子时，C与4个H 成键。这将比形成 2个共价键 释放更多的能量，足以补偿激发时吸收的能量。
3.共价键的特点
（1）共价键的本质是电性的。两核对共用电子对形成的负电 区域的吸引。
（2）结合力的大小决定于共用电子的数目和重叠方式 （3）共用电子对在两核间出现的概率密度最大
1927年，德国化学家W.Heitler（海特勒）和F.London首先把 量子力学用于研究H2分子结构，后由美国L.Pauling发展，建立 了价键理论。
1.共价键的本质
V
计算表明，若H的两个 1s
电子以相同自旋的方式靠近， 0 则r 越小，V越大。此时，不
形成化学键。如图中上方红 色曲线所示，能量不降低。 －D
NO+ 离子只可能有一种键合方式，见下图最左边一个：
+ NO NO
+ NO
+ NO
N O+
NO+ 离子中价电子总数等于10 (两个原子的价电子数相加后减 1) ，扣除 1 个单键的 2 个电子， 余下的 8 个电子无论按上图中第二个 那样以孤对方式分配给两个原子，还是按上图中第三或第四个那样 将 N－O 单 键改为双键，都不能使两个原子同时满足八隅律的要求. 这一要求只有将单键改为叁键才能满足.