第八章化学键和分子结构

1、第八章第八章 化学键与分子结构化学键与分子结构第一节第一节 离子键离子键第二节第二节 共价键的价键理论共价键的价键理论第三节第三节 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论、第四节第四节 杂化杂化轨道轨道理论理论第五节第五节 分子作用力和氢键分子作用力和氢键2 2本章重点本章重点离子键、共价键的形成、特征、类型。离子键、共价键的形成、特征、类型。杂化轨道理论的基本要点，用该理论解释分子的空间杂化轨道理论的基本要点，用该理论解释分子的空间构型。构型。价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论的基本要点的基本要点,说明分子的空间构型。说明分子的空间构型。分子轨道的基本要点，用该理论说明第二周期同核分子轨道的

2、基本要点，用该理论说明第二周期同核双原子分子和少数异核双原子分子的形成。双原子分子和少数异核双原子分子的形成。键参数和分子的极性。键参数和分子的极性。分子间作用力和氢键。分子间作用力和氢键。分子结构与物质的物理、化学性质的关系。分子结构与物质的物理、化学性质的关系。3 3l分子是由原子组合而成的，是保持物质基本化学性质分子是由原子组合而成的，是保持物质基本化学性质的最小微粒，并且又是参与化学反应的基本单元，的最小微粒，并且又是参与化学反应的基本单元，l此外，在相邻的分子间还存在一种较弱的相互作用，此外，在相邻的分子间还存在一种较弱的相互作用，其作用能约比化学键小一、二个数量级。其作用能约比化学

3、键小一、二个数量级。l分子的性质除取决于分子的化学组成外，还取决于分分子的性质除取决于分子的化学组成外，还取决于分子的结构。子的结构。 分子的结构分子的结构通常包括两方面内容：一是分子中直接通常包括两方面内容：一是分子中直接相邻的原子间的强相互作用即化学键；二是分子中的相邻的原子间的强相互作用即化学键；二是分子中的原子在空间的排列，即空间构型。原子在空间的排列，即空间构型。物质的性质决定于分子的性质及分子间的作用力，物质的性质决定于分子的性质及分子间的作用力，4 4 Pauling LPauling L在在The Nature of The Chemical The Nature of The

4、 Chemical BondBond中提出了用得最广泛的化学键定义：中提出了用得最广泛的化学键定义：如果两个原如果两个原子（或原子团）之间的作用力强得足以形成足够子（或原子团）之间的作用力强得足以形成足够稳定的、可被化学家看作独立分子物种的聚集体稳定的、可被化学家看作独立分子物种的聚集体，它们之间就存在化学键。，它们之间就存在化学键。简单地说，简单地说，化学键是化学键是指分子内部原子之间的强相互作用力。指分子内部原子之间的强相互作用力。不同的外在性质反映了不同的内部结构不同的外在性质反映了不同的内部结构各自内部的结合力不同各自内部的结合力不同5 5一、一、 离子键形成及其特点离子键形成及其特点

5、8.1 离子键理论离子键理论1. 1. 离子键的形成离子键的形成)2p(2sNa)Na(3s62e-molkJ4961-11nnnI)3p(3sCl)3pCl(3s62emolkJ348.752-1nnnENaCln静电引力 电负性较大的活泼非金属原子和电负性较小的电负性较大的活泼非金属原子和电负性较小的活泼金属原子相遇，得、失电子后形成的活泼金属原子相遇，得、失电子后形成的负、正离子负、正离子通过通过静电作用静电作用而形成的而形成的化学键化学键称为离子键。称为离子键。6 6 图中可见：图中可见： r rr r0 0 ，当，当 r r 减减小时，正负离子靠小时，正负离子靠静静电相互吸引电相互吸

6、引，势能，势能 V V 减小，体系趋于稳定。减小，体系趋于稳定。V V0 0r r0 0r r 体系的势能与核间距之间的关体系的势能与核间距之间的关系系 r = rr = r0 0 ，V V 有极小值，此时体系最有极小值，此时体系最稳定，表明形成离子键。稳定，表明形成离子键。 r rr r0 0 ，当，当 r r 减小时，减小时，V V 急剧上升。急剧上升。因为因为 NaNa+ + 和和 ClCl 彼此再接近时，原子核、电子彼此再接近时，原子核、电子云之间的云之间的斥力斥力急剧增加，导致势能骤然上升。急剧增加，导致势能骤然上升。 7 7 因此，离子相互吸引，保持一定距离时，体系因此，离子相互吸

7、引，保持一定距离时，体系最稳定。这就意味着形成了离子键。最稳定。这就意味着形成了离子键。 r r0 0 和键长有关，和键长有关，而而 V V 和键能有关。和键能有关。2.2. 离子键的形成条件离子键的形成条件: : l 元素的电负性差比较大元素的电负性差比较大 X 1.7X 1.7X 1.7，发生电子转移，形成离子键；，发生电子转移，形成离子键； X 1.7X 1.7，实际上是指离子键的成分大于，实际上是指离子键的成分大于 50 %50 %。8 8l 化合物中不存在百分之百的离子键，即使是化合物中不存在百分之百的离子键，即使是 NaF NaF 的化学键，其中也有共价键的成分。即除离子的化学键，

8、其中也有共价键的成分。即除离子间靠静电相互吸引外，尚有共用电子对的作用。间靠静电相互吸引外，尚有共用电子对的作用。 l 但离子键和共价键之间，并非可以截然区分的。但离子键和共价键之间，并非可以截然区分的。可将离子键视为极性共价键的一个极端，而另一极端可将离子键视为极性共价键的一个极端，而另一极端则为非极性共价键。则为非极性共价键。 极性增大极性增大 非极性共价键非极性共价键 极性共价键极性共价键 离子键离子键9 93. 3. 离子键的特点离子键的特点l 本质是本质是静电引力静电引力（库仑引力）（库仑引力）l 没有方向性和饱和性没有方向性和饱和性（库仑引力的性质所决定）（库仑引力的性质所决定）2

9、RqqfNaClNaClq q+ + 、q q- - 为离子所带电荷为离子所带电荷, , R R为离子核间距。为离子核间距。 离子键强度是用晶格能来描述的。离子键强度是用晶格能来描述的。l 属极性键属极性键: :离子键的离子性与元素的电负性有关离子键的离子性与元素的电负性有关离子的电子构型离子的电子构型（1）2 电子构型电子构型 ns2 最外层为两个电子的离子最外层为两个电子的离子Li+、Be2+等。等。（2）8 电子构型电子构型 ns2np6 最外层为最外层为8个电子的离子个电子的离子Na+、Mg2+等。等。（3）917 电子构型电子构型(不饱和电子构型不饱和电子构型) 最外层为最外层为91

10、7个电子的离子如：个电子的离子如： Fe2+(3s23p63d6) Fe3+(3s23p63d5) Mn2+(3s23p63d5) Cr3+(3s23p63d3) 一般为一般为d区元素。区元素。ns2 np6 nd1-9 （4）18 电子构型：电子构型： ns2np6nd10如：如：Cu+(3s23p63d10)Ag+(4s24p64d10)Zn2+(3s23p63d10)Cd2+(4s24p64d10)一般为一般为ds区元素及区元素及p区高氧化态的金属正离子区高氧化态的金属正离子Sn4+(4s24p64d10)Pb4+(5s25p65d10)（5）18+2电子构型：电子构型： (n-1)s2

11、 (n-1)p6 (n-1)d10 ns2Sn2+( 4s24p64d105s2)Pb2+(5s25p65d106s2)Sb3+(4s24p64d105s2)Bi3+(5s25p65d106s2)一般为一般为p区低氧化态的金属正离子：区低氧化态的金属正离子：4.离子半径离子半径离子半径是离子的重要特征之一离子半径是离子的重要特征之一离子与原子的情况一样：原子核外电子不是沿离子与原子的情况一样：原子核外电子不是沿固定的轨道运动，电子分布范围从理论上讲是固定的轨道运动，电子分布范围从理论上讲是无穷的。无穷的。原子和离子的半径难于确定的。原子和离子的半径难于确定的。但由于离子化合物在常温都是晶体，一

12、般把晶但由于离子化合物在常温都是晶体，一般把晶体中的正负离子看成相互接触的球形体中的正负离子看成相互接触的球形. .离子半径的变化规律：离子半径的变化规律：（1 1）正离子的半径比该元素的原子半径小）正离子的半径比该元素的原子半径小, ,负离子的负离子的半径比该元素的原子半径大。这是因为原子失去电子半径比该元素的原子半径大。这是因为原子失去电子变成正离子时，核电荷相对多了，核对外层电子的引变成正离子时，核电荷相对多了，核对外层电子的引力增强，半径要缩小：力增强，半径要缩小：Na:156pm;NaNa:156pm;Na+ +:95pm:95pmFeFe3+3+(64pm)Fe(64pm)Fe2+

13、2+(76pm)r(Fe)(76pm)r(Fe)PbPb4+4+(84pm)Pb(84pm)Mg2+Al3+ K+Ca2+（3）同主族的元素电荷相同的离子，半径自上而下随）同主族的元素电荷相同的离子，半径自上而下随电子层数的增加而依次增大：电子层数的增加而依次增大：Li+Na+K+Rb+Cs+F-Cl-Br-I-(4)周期表中处于相邻的左上方和右下方斜对角线上的周期表中处于相邻的左上方和右下方斜对角线上的正离子半径近似相等。例如：正离子半径近似相等。例如：Li+(60pm) Mg2+(65pm)Sc3+(81pm) Zr4+(80pm)Na+(95pm) Ca2+(99pm)1616晶格能晶格

14、能 定义定义: 1mol : 1mol 的离子晶体解离为自由气态离子时所的离子晶体解离为自由气态离子时所吸收的能量，以符号吸收的能量，以符号U U 表示。表示。 作用作用: : 度量离子键的强度。晶格能度量离子键的强度。晶格能 U U 越大，则形越大，则形成离子键得到离子晶体时放出的能量越多，离子键越强成离子键得到离子晶体时放出的能量越多，离子键越强。 MX (S) M+ (g) + X- (g) 二、二、 离子键强度离子键强度离子键理论适用范围：只适用于离子化合物离子键理论适用范围：只适用于离子化合物, , 解释离解释离子化合物的形成及理化性质等子化合物的形成及理化性质等 影响因素：影响因素

15、：1. 1. 离子电荷数、半径离子电荷数、半径2. 2. 离子的电子构型离子的电子构型1717 1916 1916 年，美国科学家年，美国科学家 Lewis Lewis 提出共价键理论。提出共价键理论。理论要点：认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结理论要点：认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势，以求得本身的稳定。构的趋势，以求得本身的稳定。 而达到这种结构，可而达到这种结构，可以不通过电子转移形成离子和离子键来完成，而是以不通过电子转移形成离子和离子键来完成，而是通过通过共用电子对来共用电子对来实现。实现。例如例如 H + H = H H + H = H ： H H 通过共用一对电

16、子，通过共用一对电子，每个每个 H H 均成为均成为 He 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。 如如ClClC Cl lH HH H 8.2 共价键理论共价键理论经典经典Lewis Lewis 共共价键理论：价键理论： Lewis Lewis 的贡献的贡献: : 1. 1. 提出了一种不同于离子键的新的键型，解释提出了一种不同于离子键的新的键型，解释了了 X X 比较小的元素之间原子的成键事实。比较小的元素之间原子的成键事实。2. 2. 认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势的趋势 （初步说明（初步说明共价键具有饱和性

17、共价键具有饱和性）。）。3. 3. 成键电子成键电子：分子中用于形成共价键的电子称键：分子中用于形成共价键的电子称键合电子或成键电子。用合电子或成键电子。用“”表示表示 是是1 1对共用电子，对共用电子， “”单键单键 = = 是是2 2对共用电子，对共用电子， “=”=”双键双键 是是3 3对共用电子。对共用电子。 “ ”三键三键 1919孤对电子孤对电子：未用于形成共价键的电子称为非键合电子：未用于形成共价键的电子称为非键合电子, ,又称又称“孤对电子孤对电子”，用小黑点来表示。，用小黑点来表示。如，水、氨、乙酸、氮分子的如，水、氨、乙酸、氮分子的路易斯结构式为路易斯结构式为: :OHH.

18、 . .HNHH. .HCHHCOOH. . .NN.2020LewisLewis学说的局限性：学说的局限性： 2. 2. 无法说明共价键的方向性问题无法说明共价键的方向性问题 3. 3. 中心原子周围的中心原子周围的多电子中心多电子中心或或缺电子中心缺电子中心问问题题 。缺电子中心多电子中心CClClClCl电子中心32e24e40ePClClClClCl8BClClCl4. 4. 不能说明分子空间结构及物质磁性等不能说明分子空间结构及物质磁性等 1. Lewis结构不能说明为什么共用电子对就能使结构不能说明为什么共用电子对就能使得两个原子牢固结合这一共价键本质。得两个原子牢固结合这一共价键

19、本质。 19271927年，年，Heitler Heitler 和和 London London 用用量子力学量子力学处理处理氢气分子氢气分子 H H2 2 ，解决了两个氢原子之间的化学键的本质，解决了两个氢原子之间的化学键的本质问题，使共价键理论从经典的问题，使共价键理论从经典的 Lewis Lewis 理论发展到今理论发展到今天的天的现代共价键理论。现代共价键理论。问题：问题：1 1 电子对的共享和提供电子的原子轨道间有什么关系？电子对的共享和提供电子的原子轨道间有什么关系？2 2 怎样解释双键和叁键的形成？怎样解释双键和叁键的形成？3 3 能否用原子轨道在空间取向解释分子几何形状？能否用

20、原子轨道在空间取向解释分子几何形状？22221 1）氢分子中的化学键）氢分子中的化学键 量子力学计算表明，两个具有量子力学计算表明，两个具有 1s1s1 1 电子构型的电子构型的 H H 彼此靠近时，彼此靠近时， 两个两个 1s 1s 电子以自旋相反的方式形成电电子以自旋相反的方式形成电子对，使体系能量降低。子对，使体系能量降低。 现代价键理论现代价键理论(电子配对理论电子配对理论)1. 1. 共价键的形成共价键的形成2323若两个若两个 1s 1s 电子以相同自旋的方式靠电子以相同自旋的方式靠近，则近，则r r 越小，越小，V V 越大。此时，不形越大。此时，不形成化学键。成化学键。电子自旋

21、相反成对，电子自旋相反成对， r = r r = r 0 0 时，时， V V 值最小值最小，体系能量降低体系能量降低 , , 形成化学形成化学键键 1, 0, 01, 0, 0 1, 0, 1, 0, 0 0 RoRoH-HH-H 1, 0, 0+ 1, 0, 0+ 1, 0, 01, 0, 0H H: :H H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 H 的的 1s 1s 轨道在两核间重轨道在两核间重叠，使电子在两核间出现的几率大，形成负电区，即叠，使电子在两核间出现的几率大，形成负电区，即形成形成了一个密度相对大的电子云了一个密度相对大的电子云, , 或者说或者说电子电子

22、定域定域于两原子，于两原子，两核吸引核间负电区，使两核吸引核间负电区，使 2 2 个个 H H 结合在一起。结合在一起。将对将对 H H2 2 的处理结果推广到其它分子中，形成了以量的处理结果推广到其它分子中，形成了以量子力学为基础的价键理论子力学为基础的价键理论 ( V. B. ( V. B. 法法 ) ) 。 2) 2) 共价键的形成理论要点共价键的形成理论要点 A A、B B 两原子各有一个两原子各有一个成单电子成单电子，当，当 A A、B B 相互接近时，若两个电子所在的相互接近时，若两个电子所在的原子轨道能量相近原子轨道能量相近，对，对称性相同，则可以相互称性相同，则可以相互重叠重叠

23、，两电子，两电子以自旋相反的方式以自旋相反的方式结成电子对。于是结成电子对。于是体系能量降低体系能量降低， A A、B B 两原子间产两原子间产生化学键生化学键, ,形成形成ABAB分子。一对电子形成一个共价键。分子。一对电子形成一个共价键。 电子配对原理电子配对原理: : 键合双方各提供自旋方向相反的未键合双方各提供自旋方向相反的未成对电子成对电子因此，共价键的形成三条件为：因此，共价键的形成三条件为：原子轨道最大重叠原理原子轨道最大重叠原理: : 键合双方原子轨道应尽可能键合双方原子轨道应尽可能最大程度地重叠最大程度地重叠, , 这也是共价键的本质这也是共价键的本质对称性原则对称性原则:

24、:只有当原子轨道对称性相同的部分重叠只有当原子轨道对称性相同的部分重叠, , 才能形成化学键。才能形成化学键。对称性相同：指产生重叠的两个原子轨道符号相同对称性相同：指产生重叠的两个原子轨道符号相同( (即波函数相加）。即波函数相加）。重叠类型重叠类型: :- -+ + +正重叠正重叠( (有效重叠有效重叠) )同符号部分重叠。同符号部分重叠。同号重叠部分与异号重叠部分正好抵消同号重叠部分与异号重叠部分正好抵消. .不同符号部分重叠不同符号部分重叠( (或认为波函数相减或认为波函数相减).).+ +- -+ +零重叠零重叠( (无效重叠无效重叠) )负重叠负重叠( (无效重叠无效重叠) )+

25、+- -+ + 形成的共价键越多，则体系能量越低，形成的形成的共价键越多，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形成共价键 。 能量最低原理能量最低原理: :2. 2. 共价键的特征共价键的特征 具有饱和性具有饱和性: : 是指每种元素的原子的是指每种元素的原子的未成对电子是未成对电子是有限有限的，或者说能提供用于形成共价键的轨道数是一定的，或者说能提供用于形成共价键的轨道数是一定的的H H ClCl例如：例如：H O H O H HN NN NCl 3 sCl 3 s2 2 3 p3 p5 5 N N3

26、 3 2s 2s 2 2 2p 2p 2s2s2p2p O OO O 2p2p2s2sO 2 sO 2 s2 2 2 p2 p4 4 3p3p3s3s3030+ + + +1s1sz z+ +3p3pz zz z以以 HCl HCl 为例为例 具有方向性具有方向性: :是因为每种元素的原子能提供用于是因为每种元素的原子能提供用于形成共价键的形成共价键的轨道是具有一定方向的轨道是具有一定方向的, ,为达到最大为达到最大程度的轨道重叠程度的轨道重叠, ,须按一定方向重叠。须按一定方向重叠。Cl 的的 3pz 和和 H 的的 1s 轨道重叠，只有沿着轨道重叠，只有沿着 z 轴重叠，轴重叠，才能保证最

27、大程度的重叠，而且不改变原有的对称性。才能保证最大程度的重叠，而且不改变原有的对称性。3131 Cl2 分子中成键的原子轨道，也要保持对称性和最分子中成键的原子轨道，也要保持对称性和最大程度的重叠。大程度的重叠。p pz zz z p pz z+ + +z z + + +3232 如下图所示的重叠，将破坏原子轨道的对称性。如下图所示的重叠，将破坏原子轨道的对称性。不能成键。不能成键。+ + + + + + +s sp p+ +p pz zz z+ +p pz z33333. 3. 共价键的键型共价键的键型 按成键重叠方式：按成键重叠方式： 键，键，键，键， 键键 正常共价键正常共价键 （， ）

28、 按电子对来源：按电子对来源： 配位共价键配位共价键 34341) 1) 键：头碰头方式重叠键：头碰头方式重叠3535Cl 3 sCl 3 s2 2 3 p3 p5 5 3p3p3s3s 2p2p2s2sO 2 sO 2 s2 2 2 p2 p4 4 36362) 2) 键：肩并肩方式重叠键：肩并肩方式重叠P Px x-P-Px xx xx x+ + + z za. a. p-p p-p 键键3737b. b. p-d p-d 键键c. c. d-d d-d 键键38383 3）键和键和键特点：键特点：l键可单独存在于两原子间，是构成分子的骨架，键可单独存在于两原子间，是构成分子的骨架，两原子

29、间两原子间只可能有只可能有1 1个个键键。l键的轨道重叠程度比键的轨道重叠程度比键的轨道重叠程度大，键的轨道重叠程度大， 因而因而键比键比键牢固键牢固。 键较易断开，化学键较易断开，化学活泼性强。活泼性强。在形成共价键前先形成在形成共价键前先形成键。键。l一般一般键与键与键共存于具有双键或叁键的分子中。键共存于具有双键或叁键的分子中。 3939共价键形成实例：共价键形成实例：HFHF的生成的生成: : 1 1个个 键键H-FH-F40N2的生成：的生成：N 2s 2 2p 3 2s2p N N1个个 键键3个个键键4141 键键 键键42特点特点： 多个原子上相互平行的多个原子上相互平行的 p

30、 轨道连贯重叠轨道连贯重叠 在一在一 起构成起构成一个整体，一个整体， 而而 p 电子在这个电子在这个 整体内运动所形成的键整体内运动所形成的键形成条件形成条件： 参与成键的原子应在一个平面上，而且每个参与成键的原子应在一个平面上，而且每个原子都能提供原子都能提供1个相互平行的个相互平行的 p 轨道轨道 n2m， m: p的轨道数或原子数的轨道数或原子数, n:电子数电子数表示符号表示符号：nm 离域离域键是由三个或三个以上原子形成的键是由三个或三个以上原子形成的 键，不同于两原键，不同于两原子间的子间的 键。键。 在三个或三个以上用在三个或三个以上用键联结起来的原子之间，如键联结起来的原子之

31、间，如能满足一定条件，则可以生成离域能满足一定条件，则可以生成离域 键。键。离域大离域大键键作用作用：“离域能离域能”会增加分子的稳定性；影响物质的理化性质会增加分子的稳定性；影响物质的理化性质 43中心中心O原子杂化成键后原子杂化成键后,仍有一个未参加杂化的仍有一个未参加杂化的p轨道轨道, 两个配位两个配位O原子原子与与sp2成键后都仍有成键后都仍有p轨轨道，道，3个个O原子共有原子共有4个个电子小于轨道数的两倍电子小于轨道数的两倍6，可形成离域，可形成离域键。键。O3 (SO2)中心原子中心原子配位原子配位原子OOO不等性不等性sp2p44CO2 分子分子 直线形直线形C 与与 O之间之间

32、 sp-2 px 成成键键 ，决定，决定了了 O-C-O 为直线形。为直线形。激发杂化 C C 中未杂化的中未杂化的 py 与两边与两边 O 的的 py 沿沿y方向成大方向成大键键 ； C 中未杂化的中未杂化的 pz 与两边与两边 O 的的 pz 沿沿z方向成大方向成大 键键 故故 CO2 分子中有双键。分子中有双键。如右图所示。如右图所示。O 2 s2 2 p4 O 2 s2 2 p4 py - pyCOO pz - pz- Py4343 px py pz py pz 等性等性sp 杂化杂化 45CO32-:为平面正三角形为平面正三角形 C的的2s2上一个电子激发到上一个电子激发到2p,采取

33、等性采取等性sp2杂化杂化,三个杂化轨道三个杂化轨道分别与分别与3个个O原子中含单电子的原子中含单电子的p轨道重叠形成三个轨道重叠形成三个共价键共价键, O原原子中另一个含单电子的子中另一个含单电子的p轨道与轨道与C的含单电子的的含单电子的p轨道同时垂直轨道同时垂直于分子平面于分子平面,相互平行相互平行,可形成大可形成大键键, 加上加上2个负电荷个负电荷,为为46。 未杂化未杂化p O 2 s2 2 p4 C 2 s2 2 p2 2 s1 2 p3 等性等性sp2 杂化杂化 简述简述BF3的成键情况及分子空间构型：的成键情况及分子空间构型： 中心原子中心原子B采取采取sp3等性杂化，分别与等性

34、杂化，分别与F的单电子轨道重叠共用一的单电子轨道重叠共用一对电子形成三个对电子形成三个共价键，分子为平面三角形。同时共价键，分子为平面三角形。同时B有一个垂有一个垂直于分子平面的空的直于分子平面的空的p轨道，每个轨道，每个F也有一个含有电子对的垂直也有一个含有电子对的垂直于分子平面的于分子平面的p轨道，形成一个轨道，形成一个46。2s2p2s2psp2激发激发杂化杂化2s2p522ps2F 计算大计算大 键里的电子数方法的步骤是键里的电子数方法的步骤是: (1) 确定分子中总价电子数确定分子中总价电子数 (2) 画出分子中的画出分子中的键以及不与键以及不与键键p轨道平行的孤对电轨道平行的孤对电

35、子轨道子轨道 (3)总电子数减去这些总电子数减去这些s键电子和孤对电子键电子和孤对电子,剩余的就是填剩余的就是填入大入大p键的电子。键的电子。48CO32离子离子: 总价电子数有总价电子数有 24个个价电子价电子= 4 + 6 x 3 +2 分析：中心碳原子取分析：中心碳原子取sp2杂化形式杂化形式,与与O形成形成 3个个键键(共用共用6个电子个电子)；还剩一个未杂化的还剩一个未杂化的p轨道，用于形成轨道，用于形成键。键。 每个氧原子有每个氧原子有1个个p轨道成轨道成键后键后,剩有剩有1个个s, 2个个p轨道轨道, 但仅有但仅有一个一个p轨道用于形成轨道用于形成键，其中有键，其中有2轨道为不与

36、轨道为不与键键p轨道平行的孤轨道平行的孤对电子占据的轨道，即有对电子占据的轨道，即有2对孤对电子对。因此，对孤对电子对。因此，3个氧原子中孤个氧原子中孤对电子数对电子数 2 x 2 x 3。 形成大形成大键的电子有：键的电子有： 24-6-32 2=6个电子个电子 所以，所以， CO32离子中大离子中大 键为键为 46 。53433343OOOONOOCO价电子总数价电子总数键键 类类 型型分子或离子分子或离子表表 示示 式式 19 1718 16ClO2O3 (SO2)NO2CO22个个OClO.4、配位共价键、配位共价键 共用电子对由一个原子共用电子对由一个原子单独单独提供形成的共价键称提

37、供形成的共价键称为配位共价键，简称配位键。配位键用箭号为配位共价键，简称配位键。配位键用箭号“”表示，箭头指向接受电子对的原子。例如：表示，箭头指向接受电子对的原子。例如： H:OH= HOH HH共用电子对由一个原子共用电子对由一个原子单独单独提供形成的共价键称提供形成的共价键称为配位共价键，简称配位键。配位键用箭号为配位共价键，简称配位键。配位键用箭号“”表表示，箭头指向接受电子对的原子。示，箭头指向接受电子对的原子。例如：例如：形成配位键的条件：形成配位键的条件：(1) (1) 提供电子对的原子的最外层有提供电子对的原子的最外层有孤对电子孤对电子；(2) (2) 接受电子对的原子的最外层

38、有接受电子对的原子的最外层有空轨道空轨道。 O 2s2 2p4 C 2s2 2p2 CO 中的配位键由中的配位键由 C 原子和原子和 O 原子各提原子各提供一个供一个 2p 轨道，互相重叠，但是电子是由轨道，互相重叠，但是电子是由 O 原子独自提供的。原子独自提供的。 于是，于是， CO 可表示成可表示成C O5.共价键参数共价键参数 共价键参数是表征共价键性质的物理量，共价键参数是表征共价键性质的物理量，常见的参数有：键能、键长、键角和键的极性。常见的参数有：键能、键长、键角和键的极性。E Ed d：使气态：使气态 AB AB分子解离成气态原子分子解离成气态原子 A A 和和原子原子 B B

39、 所需要的能量。一般在所需要的能量。一般在10102 2 kJmolkJmol-1-1数数量级。量级。l l：分子中两个成键原子核间的平衡距离。一：分子中两个成键原子核间的平衡距离。一般在般在10102 2 pm pm 数量级。数量级。 比如比如HH2 2： E Ed d436436 kJmolkJmol-1-1， l l74pm74pm。如果分子中只含有一种键，且都是单键，键能可用键解离能的如果分子中只含有一种键，且都是单键，键能可用键解离能的平均值表示。如平均值表示。如NHNH3 3含有三个含有三个NHNH键：键： NHNH3 3(g) = H(g) + NH(g) = H(g) + NH

40、2 2(g) (g) DD1 1 = 433.1 kJ= 433.1 kJ molmol 1 1NHNH2 2(g) = NH(g) + H(g) (g) = NH(g) + H(g) DD2 2 = 397.5 kJ= 397.5 kJ molmol 1 1NH(g) = N(g) + H(g) NH(g) = N(g) + H(g) DD3 3 = 338.9 kJ= 338.9 kJ molmol 1 1E E(NH) = (NH) = (NH) = (NH) = (DD1 1+ +DD2 2+ +DD3 3)/3)/3 = (433.1+ 397.5+ 338.9) kJ = (433

41、.1+ 397.5+ 338.9) kJ molmol 1 1/3/3 = 389.8 kJ = 389.8 kJ molmol 1 1 键能键能E E ，键强度，键强度 ，化学键越牢固，分子稳定性，化学键越牢固，分子稳定性 。 对同种原子的键能对同种原子的键能E E有：有： 单键单键 双键双键 LP-BP BP-BP1. 基本要点基本要点键夹角：键夹角： LP-LP LP-BP BP-BP 互斥不同的原因：互斥不同的原因： 键合电子对受到左右两端带正电原键合电子对受到左右两端带正电原子核的吸引，而孤对电子对只受到一端原子核吸引，相比子核的吸引，而孤对电子对只受到一端原子核吸引，相比之下，孤对

42、电子对较之下，孤对电子对较“胖胖”，占据较大的空间，而键合电，占据较大的空间，而键合电子较子较“瘦瘦”，占据较小的空间，占据较小的空间, ,孤对电子对与键合电子对斥孤对电子对与键合电子对斥力不同使轨道夹角改变，从而分子空间构型发生力不同使轨道夹角改变，从而分子空间构型发生畸变。畸变。LP-LPLP-LP LP-BP BP-BP LP-BP BP-BP 根据根据 BPBP 的数目及所处位置的数目及所处位置, , 推测出分子的空间构型推测出分子的空间构型 BPBP = = VPVP - - LPLP59592.2. 分子分子ABmABm空间构型空间构型的确定方法的确定方法 XeF XeF2 2 V

43、P= (8+2 VP= (8+21)/2 = 5 1)/2 = 5 XeOF XeOF4 4 VP= (8+1 VP= (8+10+4 0+4 1)/2 = 6 1)/2 = 6 VP = 1/2 VP = 1/2 A A的价电子数的价电子数+B+B提供的成键电子数提供的成键电子数 x x m m 离子电荷数离子电荷数( )( ) 首先先确定中心原子首先先确定中心原子A A的价层电子对数的价层电子对数: : 分子中的多重分子中的多重键按单键即一对电子处理键按单键即一对电子处理例例: SO: SO4 42-2- VP = (6+4 VP = (6+40+2)/2=40+2)/2=4负负正正配位原

44、子提供电子数：配位原子提供电子数：l 一个配位一个配位B B原子提供一个电子原子提供一个电子. . 如如H, Cl,H, Cl, 1 1; ;l 氧族元素作为配位原子不提供电子氧族元素作为配位原子不提供电子. . 如如 O, S, O, S, 0 0; .; .总数为奇数时，商进位总数为奇数时，商进位 。例如总数为。例如总数为 9，则对数为，则对数为 5 。 确定价层电子对的空间排布方式确定价层电子对的空间排布方式: :斥力最小斥力最小 确定成键电子对数及位置确定成键电子对数及位置分子空间构型分子空间构型: BP = VP -LP 在在ABm分子中分子中,若配体若配体B的个数的个数 m 和和V

45、P电子对数相一致，则电子对数相一致，则LP=0 , 分子构型和价电子对空间构型一致分子构型和价电子对空间构型一致 : 各价电子对均为各价电子对均为成键电子对成键电子对m= BP = VP 。VP的位置就是的位置就是B原子成键位置原子成键位置 当配体当配体B的个数的个数 m sp2spps 夹角夹角杂化轨道理论基本要点：杂化轨道理论基本要点：1cossp 180 sp2 1/3 120 sp3 10928试说明试说明BF3分子的空间构型。分子的空间构型。sp2杂化实例杂化实例:激发激发BFFFB:2s2psp2杂化杂化2s2psp22pFBF=120(平面三角形平面三角形)C原子的原子的sp3

46、杂化杂化 一个碳原子最外层价电子形成四个一个碳原子最外层价电子形成四个SP3杂化轨道，以碳原子为中心伸杂化轨道，以碳原子为中心伸向正四面体四个顶点。向正四面体四个顶点。CSP31 1S S2 22 2S S2 22 2P P2 2C C原原子子的的电电子子排排布布式式：激发杂化2s2psp3sp3sp3sp3CCHHHHHH109.5109.51.54ASP3SP3SP31SCCCH以甲烷的结构为例：以甲烷的结构为例：sp3杂化实例杂化实例:2s2px2py2pz激发2s2px2py2pz杂化sp3xyzxyz109o28整个过程：整个过程：等性杂化等性杂化(equivalent hybrid

47、ization):参与杂化的轨道均含有单电子或均是空轨道。参与杂化的轨道均含有单电子或均是空轨道。 例如例如CH4是是sp3等性杂化等性杂化。有孤对电子占据的原子轨道参与杂化。有孤对电子占据的原子轨道参与杂化。 例如例如NH3、H2O是是sp3不等性杂化不等性杂化。不等性杂化不等性杂化(nonequivalent hybridization)杂化分类杂化分类 NH3 :不等性不等性sp3杂化杂化 实例实例1:NHHHHNH=10718N:2s2p不等性不等性sp3杂化杂化sp3HNH=90三角锥形三角锥形H2O:不等性不等性sp3杂化杂化 实例实例2:OHHHOH=10430 O:2s2p不等

48、性不等性sp3杂化杂化sp3V 字形字形第五节 分子间作用力和氢键一、分子的极性二、分子间作用力三、氢键一、共价分子的极性一、共价分子的极性 分子是显电中性的，但从分子内部电荷的分布看，分子是显电中性的，但从分子内部电荷的分布看，存在两个正负电荷存在两个正负电荷重心重心。 若正、负电荷重心若正、负电荷重心极性分子极性分子(polar molecule)非极性分子非极性分子(non-polar molecule)不重合：不重合：重合：重合：（一）共价分子极性的判断（一）共价分子极性的判断双原子分子双原子分子多原子分子多原子分子极性共价键极性共价键 极性分子极性分子非极性共价键非极性共价键 非极性

49、分子非极性分子H2 、Cl2 、O2 示例示例HCl、HF极性共价键极性共价键非极性共价键非极性共价键 非极性分子非极性分子S8、 P4对称对称非极性分子非极性分子(分子构型分子构型)CO2 、CH4、BF3H2O、CHCl3、NH3不对称不对称极性分子极性分子(二二) 分子极性大小的量度分子极性大小的量度 若正电（若正电（ 和负电和负电 ）重心上的电荷的电量为）重心上的电荷的电量为 q ，正负电重心之间正负电重心之间的距离为的距离为 d （ 称偶极矩长称偶极矩长 ），则偶极矩），则偶极矩 = q d 。极性分子极性的大小可以用偶极矩极性分子极性的大小可以用偶极矩 来度量。来度量。偶极矩以德拜

50、（偶极矩以德拜（D）为单位，为单位，1D= 1.0 1030 Cm。 可以通过下列的数据体会偶极矩单位可以通过下列的数据体会偶极矩单位 D 的大小：的大小： HI HBr HCl NH3 H2O 乙醚乙醚 / D 0.38 0.79 1.03 1.66 1.85 1.15v0: 极性分子，极性分子，越大，分子极性越大；越大，分子极性越大；v= 0: 非极性分子，如非极性分子，如H2、CO2 、CH4、BCl3 双原子分子的偶极矩就是极性键的键矩。双原子分子的偶极矩就是极性键的键矩。 BClClClBCl3 分子分子O偶极矩HH键矩矢量H2O 分子分子 多原子分子的偶极矩是各键矩的矢量和。多原子

51、分子的偶极矩是各键矩的矢量和。v极性分子的偶极矩称为极性分子的偶极矩称为永久偶极永久偶极。偶极矩是一种偶极矩是一种矢量矢量(三三) 分子的极化分子的极化 非极性分子在外电场的非极性分子在外电场的作用下，可以变成具有一定作用下，可以变成具有一定偶极矩的极性分子。偶极矩的极性分子。_ _ = 0 诱导偶极用诱导偶极用 表示，表示， 其强度大小和电场强度成正比，也和其强度大小和电场强度成正比，也和分子的变形性成正比。所谓分子的变形性，即分子的正负电重心分子的变形性成正比。所谓分子的变形性，即分子的正负电重心的可分程度，分子体积越大，电子越多，变形性越大。的可分程度，分子体积越大，电子越多，变形性越大

52、。 而极性分子在外电场作而极性分子在外电场作用下，其偶极也可以增大。用下，其偶极也可以增大。在电场的影响下产生的偶极在电场的影响下产生的偶极称为称为诱导偶极诱导偶极。 (四四)瞬间偶极瞬间偶极分子由于运动，原子核和电子之间发生相对位置变分子由于运动，原子核和电子之间发生相对位置变化化 其正负电重心可有瞬间的不重合。其正负电重心可有瞬间的不重合。 这种由于分子在一瞬间正负电重心不重合而造这种由于分子在一瞬间正负电重心不重合而造成的偶极叫成的偶极叫瞬间偶极瞬间偶极。 瞬间偶极和分子的变形性大小有关。瞬间偶极和分子的变形性大小有关。二、范德华力二、范德华力 定义定义 分子之间的分子之间的弱弱吸引力（

53、分子间作用力）。吸引力（分子间作用力）。取向力，取向力， 诱导力，诱导力， 色散力色散力 （一）范德华力的分类（一）范德华力的分类 范德华力作用能范德华力作用能很小很小，一般为，一般为2 20kJmol-1，不属于化学不属于化学键范畴；键范畴；1、取向力、取向力(orientation force)因极性分子的取向而产生的分子间吸引作用因极性分子的取向而产生的分子间吸引作用.分子的偶极矩越大分子的偶极矩越大,取向力越强取向力越强;取向力的大小取向力的大小 分子的极性强弱分子的极性强弱有关有关静电引力静电引力极性分子之间的永久偶极极性分子之间的永久偶极 永久偶极作用力，永久偶极作用力， 它仅存在

54、于极性分子之间它仅存在于极性分子之间。2、诱导力、诱导力(induction force)诱导力同样存在于极性分子之间。诱导力同样存在于极性分子之间。极性分子的偶极矩越大极性分子的偶极矩越大,非极性分子的变形性越大非极性分子的变形性越大,诱导力也就越大诱导力也就越大.诱导偶极诱导偶极 永久偶极之间的作用称为诱导力永久偶极之间的作用称为诱导力诱导力的大小诱导力的大小极性分子的极性强弱极性分子的极性强弱非极性分子的变形性非极性分子的变形性有关有关3、色散力、色散力(dispersion force)色散力的大小主要与分子的变形性有关色散力的大小主要与分子的变形性有关.分子的变形性越大分子的变形性越

55、大,色散力就越强色散力就越强.瞬间偶极瞬间偶极 瞬间偶极之间有色散力。瞬间偶极之间有色散力。由于各种分子均有瞬间偶极，故色散力存在于极性由于各种分子均有瞬间偶极，故色散力存在于极性分和极性分子，极性分子和非极性分子及非极性分分和极性分子，极性分子和非极性分子及非极性分子和非极性分子之间子和非极性分子之间 。分子的变形性主要取决于分子量分子的变形性主要取决于分子量.总结：总结：非极性分子非极性分子非极性分子：非极性分子：极性分子极性分子非极性分子：非极性分子：极性分子极性分子极性分子：极性分子：色散力色散力色散力和诱导力色散力和诱导力色散力、诱导力和取向力色散力、诱导力和取向力不具有方向性和饱和

56、性。不具有方向性和饱和性。 一般一般色散力色散力（大小与分子是否容易变形有关，随（大小与分子是否容易变形有关，随M增大而增强）是分子间的主要作用力增大而增强）是分子间的主要作用力;三种力相对大三种力相对大小为小为色散力色散力 取向力取向力 诱导力诱导力三、氢键三、氢键（ 1 ） 氢键的形成氢键的形成 以以 HF 为例，为例，F 的电负性相当大，的电负性相当大， r 相当小，电子对偏向相当小，电子对偏向 F，而而 H 几乎成了质子。这种几乎成了质子。这种 H 与其它分子中电负性相当大、与其它分子中电负性相当大、r 小的原子相互接近时，产生一种特殊的分子间力小的原子相互接近时，产生一种特殊的分子间力 氢键氢键 。表示表示X H Y 氢键的形成有两个两个条件：氢键的形成有两个两个条件： 1 与电负性大且与电负性大且 r 小的小的X原子原子 ( F，O， N ) 相连的相连的 H ； 2 在附近有电负性大，在附近有电负性大，r 小的小的Y原子原子 ( F，O，N ) 。如水分子之间的氢键如水分子之间的氢键氨与水分子之间的氢键氨与水分子之间的氢键2.氢键特