第6章 分子结构和共价键理论

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第六章 分子的结构与性质

第六章 分子的结构与性质

有时不写σ1s和σ*1s轨道,而用符号KK表示 例2. N2分子(14个电子)的结构。
1.推测分子的存在和阐明分子的结构 (1)H2+分子离子与Li2分子 H2+分子轨道式:H2+*(σ1s)1]。由于有1个电子进入(σ1s)成键轨 道,体系能量降低了,因此从理论上推测H2+分子离子是可能 存在的。[H· H]+分子离子中的键称单电子σ键。同理: Li2*KK(σ2s)2]。体系能量也降低,推测Li2分子也是可能存在的。 Li:Li分子中的键称单(σ)键。 (2)Be2分子与Ne2分子 Be2分子有8个电子;Ne2分子有20个电子。假如这两种分子 都能存在,则:
• 6.1 键参数 • 凡能表征化学键性质的量都可称为键参数。 在此着重介绍键能、键长和键角。 • 6.1.1键能 • 键能粗略而言是指气体分子每断裂单位物 质的量的某键(6.022×1023个化学键)时的焓 变。 • 键能可作为衡量化学键牢固程度的键参数, 键能越大,键越牢固。 • 对双原子分子来说,键能在数值上就等于 键解离能(D)。例如: •
第六章 分子的结构与性质
• 分子结构,通常包括两个方面: • (1)分子的空间构型 实验证实,分子按照 一定的规律结合成整体,使分子在空间呈现 出一定的几何构型。 • (2)化学键 化学上把分子或晶体内相邻原 子(或离子)间强烈的相互吸引作用称为化学 键。化学键分为离子键、共价键和金属键三 种基本类型。 • 此外,在分子之间还普遍存在着一种较弱 的相互吸引作用,通常称为分子间力或范德 华力。有时分子间或分子内的某些基团之间 还可能形成氢键。
• N原子的价层电子构型为2s22p3,成键时这4 个价电子轨道发生sp3杂化:
• 这种产生不完全等同轨道的杂化称为不等性 杂化。 • H20分子

化学6.2化学键与分子结构

化学6.2化学键与分子结构

2. 氢键
由氢原子参与成键的特殊形式的分子间作用力 。
氢键的形成 H2O O的电负性 = 3.5 H的电负性 = 2.1
氢键表示为 X—H • • • Y 例 F—H • • • F N—H • • • O 氨基酸 —C=O ╲ NH—
第6章
化学键与分子结构
★ 化学键——分子或晶体中相邻原子或 化学键——分子或晶体中相邻原子或 离子间的强烈吸引作用力 ★ 化学键的基本类型: 离子建、共价sp2杂化
乙烯分子
sp杂化 sp杂化
不等性杂化
6.4 分 子 间 作 用 力 和 氢 键
1. 分子间作用力:色散力、诱导力、取向力 分子间作用力:色散力、诱导力、 特点: 本质——弱的静电引力 特点: (1)本质——弱的静电引力 (2)分子间作用力较弱 分子间力<10 kj·mol-1 分子间力< kj· 共价键键能: kj· 共价键键能: 102 kj·mol-1 离子键晶格能 :102~103 kj·mol-1 kj· (3)分子间力作用范围 5×10-10pm

无机化学第六章 分子结构

无机化学第六章 分子结构

N2:N≡N (一条σ键,两条π键)
N的电子排布式: 1s2 2s2 2p3 (2px12py12pz1) 二个π键互相垂直
δ 键:两个原子相匹配的d轨道以“面对面”的 方式重叠所形成的键
C:1s22s22p2
2个未成对电子
价键理论
形成两条共价键
键角90°( 两条p轨道互相垂直)
形成4条等同的共价键(CH4)
2p 2s
2p
激发
2s
杂化
sp3
激发
基态
激发态
杂化态
与4个H的 1s 轨道成 键(σ)
化合态
Sp3杂化:
1个ns轨道和3个np轨道混合而成
3 1 s 成分和 p 成分 每个sp3杂化轨道: 4 4
可形成四条σ键 键角: 109°28′ 电子构型: 正四面体
键角104.5 °
H2O sp3杂化 为什么? 不是正四面体
配位键与共价键的区别: 形成的过程不同
二、共价键理论
G. N Lewis ( 美国化学家,1875~1946) 8e或2e结构
× ×
.. .. .l. Cl C.
×× × ××
Lewis理论
Cl—Cl
无法解释
H—Cl
N≡N
共用 电子对
无法解释共价键的方向性
F F F
Cl
F
S
F
F F
Cl
P
Cl
Cl Cl F
1s—1s、2s—2s、2p—2p
可组成分子轨道
2s—2p 取决于轨道之间的能量差
从轨道能量角度看:
H1s Cl3p O2p Na3s HCl 共价键(E相近) E1s = -1313 kJ· -1 mol E3p = -1259 kJ· -1 mol E2p = -1322 kJ· -1 mol E3s = -502 kJ· -1 mol

6化学键与分子结构

6化学键与分子结构
如:O-H ,在H2O 和CH3O-H中离解能不同 D(HO-H) =500.8 kJ·mol-1, D(CH3O-H) =431 kJ·mol-1
查到的键能数据一般是平均值 两原子间的键能还受键的数目影响
键的数目越多,键能越大 E(C≡C) > E(C=C) > E(C–C) 键能可以衡量键的强弱及分子的稳定性
晶体的熔点 /K NaI< NaBr< NaCl< NaF BaO< SrO< CaO <MgO
23
6.3 共价分子的空间构型
6.3.1 路易斯结构式
1916年美国化学家路易斯提出了经典的共价键理论。认为: 分子中两个原子以共用电子对吸引原子核,每个原子都达到 希有气体原子的8(或2)电子稳定结构。这种稳定结构是通 过原子间共用电子对实现的,称为共价键。
静电引力nNaCl
ne-
nCl(3s23p5 ) E348.7kJmol1 nCl (3s23p6 )
19
2. 离子键的本质
-----正、负离子之间的静电引力
● 由离子键结合形成的化合物叫做离子型化合物
静电引力
q q
F 4 d 2
电荷越高,距离越小,离 子间引力越强。
● 势能曲线
V
d>d0时 离子间吸引 0 d<d0时 排斥力急增
路易斯结构式:
用一条短线代表一对成键电子(即一个共价键)
用两个小圆点代表孤电子对
如:
H2O
。。
表示 为: H - O - H
。。
24
6.3.2 价层电子对互斥理论 VSEPR
价层电子对互斥理论(VSEPR:valence shell electron pair repulsion) 是1940年由西 奇威克(N. Sidgwich )和鲍威尔 (H. Powell)提 出的,能简单准确地解释和预测分子的几 何构型( judging the configuration of the covalence molecular )。

第六章 分子结构及性质

第六章  分子结构及性质

第六章分子结构及性质思考题解析1.根据元素在周期表中的位置,试推测哪些元素原子之间易形成离子键。

哪些元素原子之间易形成共价键?解:周期表中的ⅠA、ⅡA族与ⅥA、ⅦA族元素原子之间由于电负性相差巨大,易形成离子键,而处于周期表中间的主族元素原子之间由于电负性相差不大,易形成共价键。

2.下列说法中哪些是不正确的,并说明理由。

(1)键能越大,键越牢固,分子也越稳定。

(2)共价键的键长等于成键原子共价半径之和。

(3)sp2杂化轨道是有某个原子的1s轨道和2p轨道混合形成的。

(4)中心原子中的几个原子轨道杂化时,必形成数目相同的杂化轨道。

(5)在CCl4、CHCl3和CH2Cl2分子中,碳原子都采用sp3杂化,因此这些分子都是正四面体形。

(6)原子在基态时没有未成对电子,就一定不能形成共价键。

(7)杂化轨道的几何构型决定了分子的几何构型。

解:(1)不正确。

这只能对双原子分子而言。

(2)不正确。

这只能对双原子分子而言。

(3)错。

sp2杂化轨道是由某个原子的n s轨道和两个n p轨道混合形成的。

(4)正确。

(5)错。

CCl4分子呈正四面体,而CHCl3和CH2Cl2分子呈变形四面体。

(6)错。

原子在基态时的成对电子,受激发后有可能拆开参与形成共价键。

(7)错。

如某些分子在成键时发生不等性杂化,则杂化轨道的几何构型与分子的几何构型就不一致。

3.试指出下列分子中哪些含有极性键?Br2CO2H2O H2S CH4解:CO2、H2O、H2S、CH4分子中含有极性键。

4.BF3分子具有平面三角形构型,而NF3分子却是三角锥构型,试用杂化轨道理论进行解释。

解:BF3分子在成键时发生sp2等性杂化,所以呈平面三角形,而NF3分子在成键时发生sp3不等性杂化,所以呈三角锥形。

5.CH4、H2O、NH3分子中键角最大的是哪个分子?键角最小的是哪个分子?为什么?解:CH4分子的键角最大,H2O分子的键角最小。

CH4分子呈正四面体形,键角为109°28′。

化学键与分子结构

化学键与分子结构

分子间力的产生
分子 非极性分子-非极性分子 非极性分子-极性分子 分子间力种类 色散力 色散力、诱导力 色散力、诱导力、取 向力
极性分子-极性分子
分子间力的特点
是一种电性作用力,存在于分子之间。 作用距离短,作用范围仅为几百皮米(pm)。 作用能小,一般为几到几十千焦每摩尔。 比键能小 1~2个数量级。 无饱和性和方向性。 对大多数分子来说,以色散力为主(除极 性很大且存在氢键的分子,如H2O外)
电 2.1-2.1=0 H H 负 性 ¨ 2.5-2.1=0.4 H ·I: 差 ¨ 值 ¨ Br: 越 2.8-2.1=0.7 H · ¨ 大 , 键 的 极 性 越 强
△χ
非极性键
¨ Cl: 3.0-2.1=0.9 H · ¨ ¨ F: 4.0-2.1=1.9 H · ¨ F: 4.0-0.9=3.1 Na ¨ · ¨
取向力:
固有偶极之间的作用力叫取向力。 发生于极性分子与极性分子之间
+
_
+
_
诱导力:
非极性分子在极性分子固有偶极作用下,发生 变形,产生诱导偶极,诱导偶极与固有偶极之 间的作用力称为诱导力。存在于极性分子与非 极性分子之间,也存在于极性分子之间。
_ +
色散力:
色散力——分子间由于瞬时偶极所产生 的作用力。存在于非极性分子与非极性 分子之间;存在于极性分子与非极性分 子之间;也存在于极性分子之间。
离子键:这种原子间发生电子转移,
形成正、负离子,然后正、负离子间 由静电引力形成的化学键称为离子键
离子化合物:由离子键形成的化合物
。例如:NaCl,KCl, CaF2
6.1.2 离子键的特点
本质:阳、阴离子之间的静电引力 存在:离子晶体和少量气态分子中

无机化学第6章

无机化学第6章

与任何方向的电性不同的离子相吸引,所以无方向性 (3)离子键没有饱和性
只要是正负离子之间,则彼此吸引,即无饱和性。
(4)键的离子性与元素的电负性有关
X > 1.7,发生电子转移,形成离子键; X < 1.7,不发生电子转移,形成共价键。
xA-xB 离子性百分率(%) 离子键中键的极性 0.2 01 0.4 04 元素电负性的关系 0.6 09 0.8 15 1.0 22 1.2 30 1.4 39 1.6 47 1.8 55 2.0 63 2.2 70 2.4 76 也可用 Hannay & Smyth 公式 2.6 82 2.8 86 来计算键的离子性。 3.0 89 离子性=[16(△x)+3.5 (△x)2]×100% 3.2 92
第一节 键参数
键参数
表征化学键性质的物理量
如 键能、键长、键角
6-1-1 键能
键能:气体分子每断开1mol某键时的焓变 如 HCl (g) 29815K H(g) + Cl(g)
标准态
6-1-1 键能 mol-1 E (H-Cl)= △H =431kJ· 键能可衡量化学键的牢固程度 键能越大,化学键越牢固
1
- ne-
静电引力 nNaCl
ne-
2 6 nCl(3s 2 3p 5 ) n Cl (3s 3p ) E 348.7kJmol1
形成化学键 -450 kJ· mol-1
形成条件 XA – XB > 2.0
1.离子键的形成
系统能量的变化 带有相反电荷的两个离子(例如A+和B-) 彼引接近的过程中, 系统能量的变化可 表示为两核之间距离的函数。
H2分子的形成

第六讲共价键

第六讲共价键

第六讲 共价键理论一、经典共价键理论− Lewis Structure (八电子规则)1916年,美国化学家路易斯(G.N.Lewis )提出:分子中每个原子应具有稳定的稀有气体原子的电子层结构。

这种稳定结构通过原子间共用一对或若干对电子来实现。

这种分子中原子间通过共用电子对结合而成的化学键称为共价键。

1.基本思想:当n s 、n p 原子轨道充满电子,成为八电子构型,该电子构型稳定,所以在共价分子中,每个原子都希望成为八电子构型(H 原子为2电子构型)。

2.共价分子中成键数和孤电子对数的计算:计算步骤:a .令n o − 共价分子中,所有原子形成八电子构型(H 为2电子构型)所需要的电子总数b .令n v − 共价分子中,所有原子的价电子数总和阴离子的价电子总数:各原子的价电子数之和加负电荷数 阳离子的价电子总数:各原子的价电子数之和减正电荷数 c .令n s − 共价分子中,所有原子之间共用电子总数n s = n o - n v ,n s /2 = (n o - n v ) / 2 = 成键电子对数(成键数) d .令n l − 共价分子中,存在的孤电子数。

(或称未成键电子数) n l = n v - n s ,n l /2 = (n v - n s )/2 = 孤对电子对数例如:P 4S 3、HN 3、N +5、H 2CN 2(重氮甲烷)、NO -33.Lewis 结构式的书写 例如:P 4S 3HN 3HN N N H N N HNNNN 5+,,,NN N NN N N N N N N N NNN N N NCH 2N 2(重氮甲烷) ,HCHNN HCH NN(有时,孤对电子省略不写。

)练习:下列各Lewis 结构式中,能正确表示出NO 3-离子的Lewis 结构式是A. N O OOB. NO OOC. NO O OD. NO OO当Lewis 结构式不只一种形式时,如何来判断这些Lewis 结构式的稳定性呢?4.Lewis 结构式稳定性的判据 −− 形式电荷Q F (1) Q F 的由来: 以CO 为例n o = 2 ⨯ 8 = 16 n v = 4 + 6 =10 n s / 2 = (16 - 10) / 2 = 3 n l / 2 = (10 - 6) / 2 = 2为了形成三对平等的共价键,可以看作O 原子上的一个价电子转移给C 原子,即:,所以氧原子的Q F 为+1,碳原子的Q F 为-1。

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一对电子形成一个共价键。
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 。
例如,H2 中,可形成一个 共价键;
HCl 分子中,也形成一个 共价键。
N2 分子怎样呢 ?
已知 N 原子的价电子结构 为 2s2 2p3
2p 2s
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 子之间可形成三个共价键。
2. 共价键的饱和性和方向性
共价键的饱和性是指每个 原子成键的总数或与其以单键 相连的原子数目是一定的。
写成 N N 或 N N
考察 CO 分子 C 2s2 2p2 O 2s2 2p4
C 2s2 2p2
O 2s2 2p4
形成 CO 分子时,与 N2 相仿,同样用了 3 对电子,形 成 3 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 2s2 2p2 O 2s2 2p4
C 2s2 2p2 O 2s2 2p4
ro
r
两个 1s 电子以相同自旋的
方式靠时,不形成化学键。
V
0
-D
ro
r
两个 1s 电子以相同自旋的方式
靠近。此时,能量不降低。见红线。
V
0
-D
ro
r
这种不稳定的状态称为氢分子
的推斥态。
2
2
r
r
量子力学计算结果表明,基态分子
中两核之间的电子概率密度 2 远远
大于推斥态分子中核间的电子概率密度。
6. 2. 2 价键理论要点
1930 年鲍林等人发展了量子力 学对氢分子成键的处理结果, 建立 了现代价键理论。
1. 共价键的形成
若 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。
条件是:两个电子所在的原 子轨道能量相近,对称性相同。
于是体系能量降低,即形成 化学键。
H Cl
也可以用 “—” 代表一对共用电子 或一个共价键。如
H HCHO H-C = O
NO+
[ N O ]+
路易斯的共价键概念初步解释了 一些简单非金属原子间形成共价分子 或离子的过程,并明确地表现出其与 离子键的区别。
但 Lewis 没 有说明共价键的实 质,所以理论适应性不强。
在解释 BCl3,PCl 5 等分子的 成键时,遇到困难。
第 6 章 分子结构和 共价键理论
20 世纪 30 年代前后,量子力 学理论的建立及其在化学领域的应 用,使得化学键理论及分子结构的 研究工作得到飞速发展。
化学键的键能一般在一百到几 百千焦每摩尔。
多原子分子或离子内部原子之 间的结合力一般是共价键。
本章主要介绍经典共价键 理论和现代共价键理论以及共 价键与分子或离子几何构型的 关系。
但达到这种结构,可以不 通过电子转移形成离子和离子 键来完成,而是通过共用电子 对来实现。
每一个共价分子都有一种 稳定的符合“八隅体规则”的 电子结构形式,称为路易斯结 构式。
例如 H• + • H = H •• H
通过共用一对电子,每个 H 均 成为 He 的子构型,形成一个共 价键。
又如 H + Cl
V
0
-D
ro
r
r = r0 时,V = -D (D > 0,- D < 0)
V
0
-D
ro
r
这表明 r = r0 时,时两个 H 原子之间形成了化学键。
V
0
-D ro
r
这种状态称为氢分子的基态。
V
0
-D
ro
r
计算还表明,若两个 1s 电子以相同
自旋的方式靠近,则 r 越小,V 越大。
V
0
-D
量子力学计算表明,两个具有 1s1 电子构型的 H 彼此靠近时,
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。
V
0
-D ro
横坐标 纵坐标
r H 原子间的距离 体系的势能 V
V
0
-D
ro
r
且以 r 时的势能值
为纵坐标的零点。
V
0
-D
ro
r
从图中可以看出,r = r0 时, V 值最小。
在形成共价键时,单电子也可以 由对电子分开而得到。
如 CH4 分子中,C 原子 2s2 2p2,
只有 2 个单电子。
2s 中一个电子,跃迁到空的 2p 轨道中,此过程称为激发。
2s 2p
激发
2s 2p
2s 2p 激发后 C 原子有 4 个单电子。 注意,激发需要吸收能量,从 能量角度考虑是不利的。
因为其中的原子未全部达到稀 有气体的电子构型
BCl3
PCl 5
6. 2 价键理论
1927 年,Heitler 和 London 用 量子力学处理氢气分子 H2,揭示了两 个氢原子之间的化学键的本质。
使共价键理论从经典的 Lewis 理 论发展到今天的现代共价键理论。
6. 2. 1 共价键的本质
C 原子和 O 原子各提供一个 2p 轨道,互相重叠,但是电子是 由 O 原子独自提供的。
这样的共价键称为共价配位键, 经常简称为配位键或配键。
于是,CO 可表示成 CO
配位键形成的条件: 一个原子中有孤电子对; 而另一原子中有可与孤电子对 所在轨道相互重叠的空轨道。
在配位化合物中,经常涉及到 配位键。
于是 C 与 4 个 H 成键,形成 CH4 分子。
这将比形成两个共价键释放更 多的能量,足以补偿激发时吸收的 能量。
同样,也可以解释 PCl5 分子 的成键。
P 原子 3s2 3p3 3 个单电子
3d 3p 3s
3p 3s
3d
激发
3d 3p
3s
3d 3p
3s 激发后,有 5 个单电子
与 5 个 Cl 形成共价键。
由于自旋相反的两个电子的电子云 密集在两个原子核之间, 降低了两核之 间的正电排斥,使系统能量降低,从而 能形成稳定的共价键
推斥态的两个电子的电子云在 核间稀疏,几率密度几乎为零, 体 系的能量升高,所以不能成键。
从共价键形成来看,共价 键的本质是电性的。
共价键的结合力是两个原子 核对共用电子对形成负电区域的 吸引力,而不是正负离子之间的 库仑作用力。
6. 1 路易斯理论
1916 年,美国科学家路易斯 (Lewis)提出共价键理论。
理论认为同种元素的原子之间 以及电负性相近的元素的原子之间 可以通过共用电子对形成分子
通过共用电子对形成的化学键 称为共价键。
形成的分子称为共价分子。
在分子中,每个原子均应具有 稳定的稀有气体原子的 8 电子外层 电子构型(He 为 2 电子),习惯上 称为“八隅体规则”。
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