化学键与分子结构

第6章化学键与分子结构(讲授4学时)

Chapter 6 Chemical bond & molecular structure

本章教学内容：

离子键与离子化合物。

共价键与分子结构。价键理论。杂化轨道与分子空间构型。

分子间力和氢键。分子的极性，电偶极矩。

本章教学要求：

(1)了解共价键的价键理论的基本要点以及共价键的特征、共价键的类型。

(2)能联系杂化轨道理论(s-p型)说明一些典型分子的空间构型。

(3)了解分子电偶极矩的概念，能判断分子的极性。

(4)明确分子间力(以及氢键)的本质及特性。

本章教学重点：

共价键的形成，价键理论，共价键的特征、类型；

a)H

2

b)杂化轨道理论及分子的空间构型

本章习题：P1609,10,11,13,14

6.1 离子键与离子的结构(Ionic bond and structure of ion)

6.1.1离子键的形成

NaCl分子

Na (X=1.01) 1s2 2s22p63s1 Na+1s2 2s22p6

11

Cl (X=3.16) 1s2 2s22p63s23p5 Cl-1s2 2s22p63s23p6 17

离子键——正负离子间通过静电作用力而形成的化学键。

6.1.2离子键的特征

●离子键的本质是静电作用力，只有电负性相差较大的元素之间才能形成离

子键。

●离子键无方向性，无饱和性。

●离子键是极性键。

电子失去的顺序:np-ns-(n-1)d-(n-2)f

用n+0.4l做判据,其数值越大，越易失去电子。

6.1.3各种简单离子构型(负离子anion一般仅有外层8电子结构,正离子cation有外层多种结构)

6.2共价键与分子结构(covalence bond &molecular structure)

6.2.1价键理论(valence bond theory)

（1）共价键形成的本质

1）氢分子共价键的形成

1927年，Heitler and London将量子力学成果应用于H

分子结构的研究,

2

使共价键的本质得到初步解决。他们的结果认为:当两个氢原子相互靠近，且它们的1s电子处于自旋状态反平行时,两个电子才能配对成键;当两个氢原子的

1s 电子处于自旋状态平行时,两电子不能配对成键。

ψA ——两个1s 电子自旋平行（推斥态） ψS ——两个1s 电子自旋反向（基态）

2）共价键的本质——原子间由于成键电子原子轨道重叠而形成的化学键。 3）价键理论基本要点

● 具有自旋反向的未成对电子的原子接近时，可因原子轨道的重叠而形成共

价键 ——电子配对原理

● 一个电子与另一个自旋反向的电子配对成键后，不能再与第三个电子配对

成键

● 原子轨道重叠程度越大，共价键越牢固——原子轨道最大重叠原理 （2）共价键的特征

● 饱和性——一个电子与另一个自旋反向的电子配对后，不能再与第三个电

子配对成键

共价键的饱和性是和离子键相比较而言，离子化合物中正负离子都为S 2P 6结构，其电荷分布呈球形对称，所以，它们可以从各个方向相互接触，并且尽可能地和异性离子相接触（配位），配位数的多少决定于正负离子的大小。

●方向性——沿轨道的伸展方向重叠，同号重叠。

由于电子运动状态在空间分布是有一定取向的，原子轨道的重叠也是

有一定取向的.如N原子有3个未成对电子, 其取向分别为p

x , p

y

, p

z

。N2

分子中的三对电子并不在同一个平面上，而是在X，Y，Z三个互相垂直的方向。这就是所谓的共价键的方向性。

↑↓↑↓↑↓例N27N：1s22s22p3 ↑↓2p x2p y2p z

↑↓2s

1s

H2S 16S：3s23p4

↑↓↑↓↑↓

↑↓3p x3p y3p z

3s

●共价键的极性

极性共价键——成键原子的电负性不同HCl H2O 共价键

非极性共价键——成键原子的电负性相同H2Cl2（3）共价键类型

ο键:头碰头(end-on manner)

π键:肩并肩(sideways manner)

（4）共价键参数

共价键的键能

定义：在298K和100kp a条件下，气态分子断开1mol化学键所需的能量。

●键能是一个平均值

例H2O：O-H的键能H2O(g) = H (g) + OH (g) E = 502kj·mol-1

OH(g) = H（g）+ O (g) E = 426kj·mol-1 O-H：E = 465kj·mol-1

●应用键能可以估算化学反应的能量变化

6.2.2杂化轨道(hybridization orbital)与分子的空间构型

价键理论成功地解释了许多共价键分子的形成，阐明了共价键的本质及特征。但在解释许多分子的空间结构方面遇到了困难。Pauling and Slater从电子具有波动性，电子波可以叠加的观点出发提出了杂化轨道理论，进一步发展了价键理论。

（1）杂化轨道理论基本要点：

在共价键的形成过程中，同一原子中能量相近的若干不同类型的原子轨道可以”混合”起来，重新组合形成一组成键能力更强的新的原子轨道。过程称为原子轨道的杂化。所组成的新的原子轨道称为杂化轨道.

注意：杂化过程中;

1）能量相近的轨道杂化；

2）杂化后轨道数目不变;

3）杂化发生在分子形成过程中，单个原子不发生杂化。