第二章分子结构课件

化学键（chemicalbond）离子键共价键金属键化学上把分子或晶体中相邻两原子或离子间强烈的相互作用力称为化学键。第一节离子键正、负离子之间通过静电作用所形成的化学键，称为离子键（ionicbond）。

Na(1s22s22p63s1)–e→Na+(1s22s22p6)Cl(1s22s22p63s23p5)+e→Cl-(1s22s22p63s23p6)一、离子键的形成活泼非金属元素(F、O、Cl)离子键活泼金属元素(K、Na、Ca、Mg)二、离子键的特点无方向性不饱和性二、离子化合物的特点1、熔沸点高2、硬度大3、易溶于水（极性溶剂）4、固态时无导电能力，熔融状态及在水溶液中有导电能力。第二节共价键(CovalentBond)一、经典Lewis学说同种元素的原子以及电负性相近的原子间通过共用电子来满足8电子稳定结构。Cl....Cl....:::例如O..::

::O..

:::::NN一、经典Lewis学说同种元素的原子以及电负性相近的原子间通过共用电子来满足8电子稳定结构。原子间通过共用电子对形成的化学键称作共价键（covalentbond

）。每个原子周围不参与成键的电子对，称作孤对电子（lonepairelectrons）Cl....Cl....:::例如O..::

::O..Cl....Cl....—

::

::O..=O..

:::::NN

::NN二、现代价键理论

(valencebondtheory)两氢原子接近时的能量曲线（一）共价键的本质↑↓↑↓↑↑Heitler-London指出：两个原子具有自旋相反的未成对电子时，相互靠近时原子轨道发生重叠，单电子在两核间自旋配对，使系统能量降低而形成共价键。共价键的本质建立现代价键理论(valencebondtheory)共价键的形成条件成键原子各有自旋方向相反的未成对电子，方可配对形成稳定的共价键。成键电子的原子轨道尽可能达到最大重叠。（最大重叠原理）（二）共价键的特点一个原子含有几个成单电子,就能与几个自旋方向相反的成单电子配对.每个原子所能形成共价键的数目是一定的，取决于该原子中的单电子数目（包括基态和激发态）。1、共价键的饱和性例如：N原子的核外电子排布式为1s22s22p3,价层电子构型为2s22p3，即：

2s2p三个单电子！因此形成N2分子时，两个N原子之间形成叁键，而N原子与H原子成键时，形成NH3分子，而不能形NH4分子。

例如：C原子的核外电子排布式为1s22s22p2,价层电子构型为2s22p2，即：

2s2p2个单电子

2s2p4个单电子！基态激发态激发2、共价键的方向性两原子轨道重叠程度越大共价键越牢固分子越稳定原子轨道总是尽可能沿着重叠程度最大的方向去进行原子轨道只有沿着一定方向靠近才能实现最大程度的重叠1、共价键的本质是两原子互相接近时，两原子轨道的重叠。

注意：是含有自旋相反的成单电子的原子轨道的重叠！2、实现重叠的条件：两原子轨道必须有成单电子，且自旋必须相反；3、两原子通过共用自旋相反的电子对导致系统的能量降低。4、共价键的特征饱和性方向性现代价键理论要点

(三)共价键的类型按轨道重叠方式σ键π键按电子对来源正常共价键配位键1、σ键:原子轨道沿键轴方向以“头碰头”的方式重叠而形成的共价键+x+s—sx++-px—sx++--px—px2)π键:原子轨道以“肩并肩”的方式进行重叠而形成的共价键。xyy++--zzpy—pyxzz++--pz—pz如:在N2分子中，2个N原子之间有：1个σ键和2个π键

共价单键，一般是σ键，在双键或叁键中，一定有并且只有一个σ键，其余的则为π键。即双键中有1个σ键和1个π键，叁键中有一个σ键和2个π键。键键重叠方式重叠程度稳定性电子云分布情况存在情况小结头碰头大稳定，不易破坏沿键轴呈圆柱形分布可单独存在肩并肩较小易断开，化学活性较强分布于键轴上下不能单独存在★正常共价键和配位共价键1、正常共价键（covalentbond）由成键两原子各提供1个电子配对成键。2、配位共价键（coordinatecovalentbond）：2、配位共价键（coordinatecovalentbond）：

由成键两原子中的一个原子单独提供电子对进入另一原子的空轨道共用而成键。★键参数（bondparameter）3、键角（bondangle）：指分子中键与键之间的夹角。1、键能（bondenerge）：键能越大，键越牢固。2、键长（bondlength）：指分子中成键两原子核间的平均距离。键长越短，键越牢固。电负性相同的元素原子形成的共价键，电子云密度大的区域处于两原子核的中间→

非极性共价键电负性不同的元素原子形成的共价键，电子云密集区域将偏向电负性较大的元素原子→

极性共价键4、共价键的极性C原子的核外电子排布式为1s22s22p2,价层电子构型为2s22p2，

2s2p在CH4分子中，四个C—H共价键是完全等同的，且键角均为109o28'，分子的空间构型为正四面体。（四）杂化轨道理论1、杂化轨道理论的基本要点：（1）杂化（hybridization）与杂化轨道（hybridorbital）杂化：在成键过程中，同一原子几个能量相近的不同类型的原子轨道进行线性组合，重新分配能量和确定空间方向,组成数目相等的新轨道的过程。（3）杂化轨道之间相互排斥，力图在空间取最大夹角，使相互间的斥能最小，因此有特定的空间构型。（2）杂化轨道一端“肥大”，有利于实现原子轨道的最大重叠。杂化轨道成键能力比原来轨道的成键能力强。（1）sp杂化与分子空间构型180°2、轨道杂化类型及实例s-p型杂化BeCl2分子的形成

Be:2s2

例如：乙炔分子（C2H2）6C1s22s22p2杂化↑↑↑↑sp杂化2p形成键形成键↑2s↑↓↑hv↑↑↑2s2p↑↑↓↑2pC≡C键：1s

键+2p

键（2）sp2杂化与分子空间构型°120°BF3分子结构：

B:2s22p1

BF3分子的空间构型120o例如：乙烯分子（C2H4）6C1s22s22p2↑2s↑↓↑hv↑↑↑2s2p↑↑↓↑2p杂化↑↑↑sp2

杂化↑2p形成键形成键

乙烯分子的空间构型C=C键：1s

键+1p

键（3）sp3杂化与分子空间构型CH4分子结构

C:2s22p2

CH4分子空间构型杂化轨道一般只用于形成键，用于形成键的p轨道不参与杂化。

注意★

等性杂化和不等性杂化在组合成的几个杂化轨道中，若它们的形状、能量和所含成分都完全相同，这类杂化称为等性杂化；反之，称为不等性杂化。NH3分子7N1s22s22p3↑↓↑↑↑2p杂化↑↑↑↑↓2ssp3杂化sp3不等性杂化↑+++---107oSp3不等性杂化轨道空间构型NH3分子空间构型四面体三角锥型H2O分子8O1s22s22p4↑↑↑↓2s2p杂化↑↓↑↑↑↓↑↓sp3杂化sp3不等性杂化++---104.5oH2O分子空间构型sp3不等性杂化轨道空间构型四面体“V”字形HH比较等性杂化和不等性杂化等性杂化equivalenthybridization不等性杂化nonequivalenthybridization参与杂化的原子轨道杂化轨道成键情况杂化轨道与分子空间构型的关系都含单电子或都为空轨道均为成键轨道相同有含孤对电子的轨道孤对电子占据的轨道不成键不同2、BBr3分子中B原子采用sp2杂化轨道与3个Br原子成键，BBr3分子的空间构型为（）A.平面正三角形B.直线型C.三角锥型D.“V”形E.正四面体形

3.SiH4分子中，硅原子在形成分子时采用（）A.不等性sp3杂化B.等性sp3杂化C.dsp2

杂化D.sp2杂化E.sp杂化

1、H2O分子中O原子采用

杂化轨道成键，其分子的空间构型是

。

sp3不等性“V”字形AB四、分子轨道理论MolecularOrbitalTheory（一）分子轨道的含义在原子中，电子不连续的空间运动状态称原子轨道，在分子中电子的空间运动状态就叫分子轨道，与原子轨道相同，分子轨道也可以用相应的波函数（ψ）来描述。表示符号：σ、π、δ…

（二）分子轨道的形成氢分子离子的形成1s1sHaHb能量（三）分子轨道理论的要点

1、分子中的电子在整个分子范围内运动，每一个电子的运动状态用一个分子轨道ψ来表示。

2、分子轨道ψ可以通过相应的原子轨道线性组合而成。能量低于原子轨道能量高于原子轨道成键轨道反键轨道

3、为有效地组成分子轨道ψ，原子轨道必须满足下列三个原则：

对称性匹配原则

能量相近原则

最大重叠原则

4、分子中的电子在分子轨道中的排布同样遵守能量最低原理、保利不相容原理和洪特规则。关于“键级”★成键分子轨道上的电子多，系统的能量低，分子就稳定。★键级（Bondorder）：★键级越大，分子中成键电子数越多，系统能量低，分子越稳定。原子轨道对称性匹配示意图

2px2px2pz2pz2py2py（四）分子轨道的类型根据原子轨道线性组合的方式不同分子轨道σ分子轨道π分子轨道（五）分子轨道理论的应用决定分子轨道的能级高低的因素：参与线性组合的原子轨道自身能量的高低原子轨道之间的重叠程度成键轨道和反键轨道与原子轨道的能量差基本相同＜＜＜＜＜＜＜2s和2p轨道能量相差较大（＞1500KJ·mol-1）如：O2、F2同核双原子分子的分子轨道能级次序1﹑同核双原子分子＜＜＜＜＜＜＜2s和2p轨道能量相差较小（＜1500KJ·mol-1）如：N2、Li2、Be2、B2、C2O2的分子轨道结构式8O1s22s22p4N2的分子轨道结构式7N1s22s22p32、异核双原子分子若两个组成原子的原子序数之和≤14，则该分子或离子的分子轨道能级顺序与N2相同若两个组成原子的原子序数之和＞14，则该分子或离子的分子轨道能级顺序与O2相同＜＜CO的分子轨道结构式6C1s22s22p28O1s22s22p4（四）分子的极性极性分子（polarmolecule）

：指分子中电子的负电荷中心与原子核的正电荷中心不相重合的分子。非极性分子(nonpolarmolecule)：指分子中正负电荷中心相重合的分子。例如：HCl、HF等分子，其中的H-Cl键和H-F键都是极性键，分子为极性分子。非极性共价键非极性分子形成形成极性共价键极性分子双原子分子例如：H2、Cl2、O2等分子，其中的H-H键、Cl-Cl键、O-O键都是非极性键，分子也为非极性分子。

双原子分子对于多原子分子，分子的极性不仅与分子中键的极性有关，而且还取决于分子的空间构型(几何形状）。

若分子具有完全对称的结构,键的极性互相抵消非极性分子

形成若分子中键的极性不能全部抵消极性分子

形成

多原子分子甲烷（CH4）分子：分子中C-H共价键为极性共价键，分子的空间构型为正四面体（如图所示）CHH109.5°HH四条C-H共价键的极性互相抵消，故CH4分子是由极性共价键形成的非极性分子。实例分析BF3分子：分子中B-F共价键为极性共价键，分子的空间构型为平面正三角形（如右图所示）三条B-F键的极性互相抵消，故BF3分子是非极性分子。BFFFNH3分子：NHHH分子中N-H共价键为极性共价键，分子的空间构型为三角锥形（如左图所示）三条N-H键的极性不能互相抵消，故NH3分子是极性分子。H2O分子：分子中

O-H共价键为极性共价键，分子的空间构型为“V”形（如右图所示）两条O-H键的极性不能互相抵消，故H2O分子是极性分子。OHH

对于双原子分子，分子的极性与键的极性是一致的，

结论由极性共价键形成的分子既可能是极性分子，也可能是非极性分子。对于多原子分子，极性共价键形成的分子既可能是极性分子，也可能是非极性分子。这取决于分子的空间构型。分子的极性大小可用偶极矩来衡量定义：分子正、负电荷中心间的距离d与电荷量q（正电中心q+或负电中心q-）的乘积。

=q·dμ1、判断分子是否有极性和极性的大小：=0，是非极性分子＞0，是极性分子2、判断分子是否有对称性结构：=0，有对称性结构＞0，没有对称性结构偶极矩的应用一、vanderWaals力定义：分子与分子之间存在着的相互作用力。特征：

1、永存于分子间的一种吸引力；

2、没有饱和性和方向性

3、是种近程力。第四节分子间作用力分子间力色散力（主要）存在于一切分子之间诱导力存在于极性分子之间；极性分子与非极性分子之间取向力存在于极性较大的分子之间取向力：极性分子具有永久偶极矩；当两个极性分子互相靠近时，由永久偶极矩产生的分子间作用力称为取向力。++--+-+-诱导力：当极性分子与非极性分子靠近时，极性分子的永久偶极与非极性分子受极性分子的影响而产生的诱导偶极之间的静电吸引力。色散力：在核外电子的高速运动及原子核的不断振动过程中