第10章共價(jià)鍵與分子間作用力

1、1第十章第十章 分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu) 10.1 離子鍵離子鍵10.2 共價(jià)鍵共價(jià)鍵10.3 分子間作用力分子間作用力2分子或晶體中相鄰原子間強(qiáng)烈的相互作分子或晶體中相鄰原子間強(qiáng)烈的相互作用力稱為用力稱為化學(xué)鍵化學(xué)鍵。 離子鍵離子鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵( (配位鍵配位鍵) )金屬鍵金屬鍵化學(xué)鍵的概念化學(xué)鍵的概念310.1 離子鍵離子鍵一、形成與特點(diǎn)一、形成與特點(diǎn)靜電引力靜電引力221rqqfq1 ，q2 分別為正負(fù)離子所帶電量分別為正負(fù)離子所帶電量 ，r 為正負(fù)離子的核間距離。為正負(fù)離子的核間距離。無(wú)方向性和飽和性無(wú)方向性和飽和性與任何方向的電性不同的離子相吸引，所以無(wú)方向；與任何方向的電性不同的離子相吸引

2、，所以無(wú)方向； 且只要是正負(fù)離子之間，則彼此吸引，即無(wú)飽和性。且只要是正負(fù)離子之間，則彼此吸引，即無(wú)飽和性。4二、影響離子鍵強(qiáng)弱及離子化合物性質(zhì)的因素二、影響離子鍵強(qiáng)弱及離子化合物性質(zhì)的因素u 電荷、半徑電荷、半徑:化合物化合物nai nabr nacl nafbaocaomgo熔點(diǎn)熔點(diǎn)/k935102010741265217328433075u電子構(gòu)型電子構(gòu)型: :nacl易溶于水，易溶于水，cucl難溶于水。難溶于水。221rqqf5 10.2 共價(jià)鍵理論共價(jià)鍵理論 一一 經(jīng)典路易斯理論經(jīng)典路易斯理論 1916 年，美國(guó)科學(xué)家年，美國(guó)科學(xué)家 lewis 提出共價(jià)鍵理論。提出共價(jià)鍵理論。認(rèn)為

3、分子中的原子都有認(rèn)為分子中的原子都有形成稀有氣體電子結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)形成稀有氣體電子結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)，求得本身的穩(wěn)定。求得本身的穩(wěn)定。 而達(dá)到這種結(jié)構(gòu)，是通過(guò)共用最外而達(dá)到這種結(jié)構(gòu)，是通過(guò)共用最外層的單電子來(lái)實(shí)現(xiàn)。層的單電子來(lái)實(shí)現(xiàn)。 例如例如 h + h = h h 通過(guò)共用一對(duì)電子，通過(guò)共用一對(duì)電子，每個(gè)每個(gè) h 均成為均成為 he 的電子構(gòu)型，形成一個(gè)共價(jià)鍵。的電子構(gòu)型，形成一個(gè)共價(jià)鍵。6 但但 lewis 沒(méi)有說(shuō)明這種鍵的實(shí)質(zhì)，所以適應(yīng)性沒(méi)有說(shuō)明這種鍵的實(shí)質(zhì)，所以適應(yīng)性不強(qiáng)不強(qiáng) 。 在解釋在解釋 bcl 3 ， pcl 5 等其中的原子未全部等其中的原子未全部達(dá)到稀有氣體結(jié)構(gòu)的分子時(shí)，遇到困難。達(dá)到

4、稀有氣體結(jié)構(gòu)的分子時(shí)，遇到困難。 b clclclclpclclclcl7二、現(xiàn)代價(jià)鍵理論二、現(xiàn)代價(jià)鍵理論 引言：氫分子的共價(jià)鍵引言：氫分子的共價(jià)鍵 計(jì)算表明，若兩個(gè)計(jì)算表明，若兩個(gè) 1s 電子電子以相同自旋的方式靠近，則以相同自旋的方式靠近，則 r 越小，越小，v 越大。此時(shí)，不形越大。此時(shí)，不形成化學(xué)鍵。成化學(xué)鍵。v0drro8 h2 中的化學(xué)鍵，可以認(rèn)為是中的化學(xué)鍵，可以認(rèn)為是電子自旋相反配對(duì)電子自旋相反配對(duì)，結(jié)果使體系的能量降低結(jié)果使體系的能量降低 。 從電子云的觀點(diǎn)考慮，可認(rèn)為從電子云的觀點(diǎn)考慮，可認(rèn)為 h 的的 1s 軌道在兩核軌道在兩核間重疊，使電子在兩核間出現(xiàn)的幾率大，形成負(fù)電

5、區(qū)。間重疊，使電子在兩核間出現(xiàn)的幾率大，形成負(fù)電區(qū)。兩核吸引核間負(fù)電區(qū)，使兩核吸引核間負(fù)電區(qū)，使 2 個(gè)個(gè) h 結(jié)合在一起。結(jié)合在一起。9、現(xiàn)代價(jià)鍵理論基本要點(diǎn)、現(xiàn)代價(jià)鍵理論基本要點(diǎn) (1)(1)具有具有自旋相反自旋相反的未成對(duì)電子的兩原子相互的未成對(duì)電子的兩原子相互接近時(shí)，接近時(shí)，原子軌道（電子云）重疊原子軌道（電子云）重疊使核間電子使核間電子云密度增大，體系能量降低，形成穩(wěn)定的共價(jià)云密度增大，體系能量降低，形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵。鍵。(2) (2) 兩個(gè)成鍵原子的電子云重疊越多，核間兩個(gè)成鍵原子的電子云重疊越多，核間電子云密度就越大，形成的共價(jià)鍵就越牢固。電子云密度就越大，形成的共價(jià)鍵就越牢固。

6、原子軌道最大重疊原理。原子軌道最大重疊原理。10共價(jià)鍵的特征共價(jià)鍵的特征 共價(jià)鍵的飽和性共價(jià)鍵的飽和性 （受自旋相反限制）（受自旋相反限制）一個(gè)原子上的一個(gè)電子只能與另一個(gè)原子上一個(gè)原子上的一個(gè)電子只能與另一個(gè)原子上自旋方向相反的一個(gè)電子配對(duì)；自旋方向相反的一個(gè)電子配對(duì)；一個(gè)原子中所含未成對(duì)電子數(shù)就是它可能形一個(gè)原子中所含未成對(duì)電子數(shù)就是它可能形成共價(jià)鍵的數(shù)目。成共價(jià)鍵的數(shù)目。 共價(jià)鍵的方向性共價(jià)鍵的方向性（受最大重疊原理限制（受最大重疊原理限制 ）共價(jià)鍵的方向性示意圖共價(jià)鍵的方向性示意圖11s-ss-pp-p1.1.鍵：鍵：原子軌道以原子軌道以“頭碰頭頭碰頭”的形式重的形式重疊形成的共價(jià)鍵。

7、疊形成的共價(jià)鍵。 共價(jià)鍵的類型（共價(jià)鍵的類型（鍵、鍵、 鍵、配位鍵）鍵、配位鍵）12鍵的電子云界面圖鍵的電子云界面圖鍵的特點(diǎn)鍵的特點(diǎn)： 電子云重疊程度大，能量低。故電子云重疊程度大，能量低。故鍵比較牢固，是鍵比較牢固，是首選成鍵方式首選成鍵方式。13鍵鍵: :原子軌道以原子軌道以“肩并肩肩并肩”式重疊形成的式重疊形成的共價(jià)鍵稱為共價(jià)鍵稱為鍵鍵。 鍵特點(diǎn)鍵特點(diǎn)： 電子云重疊程度較小，較活潑，電子云重疊程度較小，較活潑，且且鍵一般鍵一般不能單獨(dú)存在不能單獨(dú)存在。147n 2s22p32s2pn2分子的成鍵方式：分子的成鍵方式：15 鍵以鍵以“頭碰頭頭碰頭”式成式成鍵鍵重疊程度大重疊程度大鍵較牢固鍵

8、較牢固沿鍵軸呈圓柱形對(duì)稱沿鍵軸呈圓柱形對(duì)稱自由旋轉(zhuǎn)自由旋轉(zhuǎn)單獨(dú)存在單獨(dú)存在 鍵以鍵以“肩并肩肩并肩”式成鍵式成鍵重疊程度小重疊程度小鍵易斷開鍵易斷開在通過(guò)鍵軸的平面上下對(duì)稱在通過(guò)鍵軸的平面上下對(duì)稱不能旋轉(zhuǎn)不能旋轉(zhuǎn)只能與只能與 鍵共存鍵共存 鍵和鍵和 鍵鍵 的比較的比較16n + h h n hhhhhh+配位鍵配位鍵 共用電子對(duì)由某個(gè)原子共用電子對(duì)由某個(gè)原子單方單方提供，提供，另一個(gè)原子另一個(gè)原子提供空軌道提供空軌道。 17 鍵參數(shù)（鍵能、鍵長(zhǎng)、鍵角和鍵的極性等）鍵參數(shù)（鍵能、鍵長(zhǎng)、鍵角和鍵的極性等） 鍵能鍵能(bond energy) 在在298k 和標(biāo)準(zhǔn)壓力（和標(biāo)準(zhǔn)壓力（100kpa）時(shí)，

9、將時(shí)，將lmol氣氣態(tài)分子態(tài)分子ab拆開，成為氣態(tài)的拆開，成為氣態(tài)的a原子和原子和b原子所原子所需要的能量。用符號(hào)需要的能量。用符號(hào)e表示，單位表示，單位kjmol-1。 對(duì)雙原子分子對(duì)雙原子分子 ： e= da-b對(duì)于多原子分子對(duì)于多原子分子 ：nden 鍵能越大，化學(xué)鍵越牢固，分子越穩(wěn)定；鍵能越大，化學(xué)鍵越牢固，分子越穩(wěn)定；單鍵單鍵 雙鍵雙鍵 叁鍵叁鍵18鍵長(zhǎng)鍵長(zhǎng)分子中兩個(gè)原子核間的平衡距離叫做鍵長(zhǎng)。分子中兩個(gè)原子核間的平衡距離叫做鍵長(zhǎng)。通常鍵長(zhǎng)越短，鍵越牢固。通常鍵長(zhǎng)越短，鍵越牢固。鍵角鍵角在分子中同一原子形成的在分子中同一原子形成的兩個(gè)化學(xué)鍵之間的夾角兩個(gè)化學(xué)鍵之間的夾角叫叫鍵角。鍵角

10、。19鍵的極性鍵的極性非極性共價(jià)鍵：非極性共價(jià)鍵：成鍵電子云無(wú)偏向、正負(fù)電荷重成鍵電子云無(wú)偏向、正負(fù)電荷重心重合的共價(jià)鍵。心重合的共價(jià)鍵。極性共價(jià)鍵：極性共價(jià)鍵：成鍵電子云有偏向、正負(fù)電荷重心成鍵電子云有偏向、正負(fù)電荷重心不重合的共價(jià)鍵。不重合的共價(jià)鍵。成鍵原子間的電負(fù)性差值越大，鍵的極性就越大。成鍵原子間的電負(fù)性差值越大，鍵的極性就越大。離子鍵可以看成是極性鍵的極限。離子鍵可以看成是極性鍵的極限。clclclclclclclcl非極性鍵非極性鍵clclh hh hclcl極性鍵極性鍵-cl-clna+na+nanaclcl離子鍵離子鍵208o 2s22p42s2p6c 2s22p22s2p問(wèn)

11、題h2o的鍵角為什么為的鍵角為什么為104.5 ？如何解釋如何解釋ch4分子的空間構(gòu)型？分子的空間構(gòu)型？211. 1. 原子在形成分子的過(guò)程中原子在形成分子的過(guò)程中, ,同一原子同一原子能量相近的不能量相近的不同類型的原子軌道同類型的原子軌道改變了原有軌道的狀態(tài)改變了原有軌道的狀態(tài)( (能量、形能量、形狀、方向狀、方向),),重新組合成新的軌道雜化軌道重新組合成新的軌道雜化軌道( (一頭大一頭大, ,一頭小一頭小) )。雜化軌道具有。雜化軌道具有更強(qiáng)的成鍵能力更強(qiáng)的成鍵能力。2. 2. 有幾個(gè)原子軌道參加雜化有幾個(gè)原子軌道參加雜化, ,就能組合成幾個(gè)雜化軌就能組合成幾個(gè)雜化軌道。道?；疽c(diǎn)基

12、本要點(diǎn)三、雜化軌道理論三、雜化軌道理論22+-+-+-spspsp3. 3. 雜化軌道的空間取向是取雜化軌道的空間取向是取盡可能大的鍵角盡可能大的鍵角, ,使相互使相互的排斥作用達(dá)到最小，形成的鍵更穩(wěn)定。的排斥作用達(dá)到最小，形成的鍵更穩(wěn)定。兩個(gè)雜化軌道：兩個(gè)雜化軌道：直線形直線形三個(gè)雜化軌道：三個(gè)雜化軌道：平面三角形平面三角形四個(gè)雜化軌道：四個(gè)雜化軌道：正四面體形正四面體形23a ) 按參加雜化的軌道分類按參加雜化的軌道分類 s p 型型 sp 雜化、雜化、sp2 雜化和雜化和 sp3 雜化雜化 ； s p d 型型 sp3 d 雜化、雜化、 sp3 d2 雜化等雜化等 。雜化軌道的類型雜化軌

13、道的類型24激發(fā)雜化 b ) 按按雜化軌道能量是否一致雜化軌道能量是否一致分類分類 等性雜化，等性雜化， 如如 c 的的 sp3 雜化雜化 4 條條 sp3 雜化軌道能量一致。雜化軌道能量一致。雜化 不等性雜化，不等性雜化， 如如 o 的的 sp3 雜化雜化 4條條 sp3 雜化軌道能量不相等。雜化軌道能量不相等。25同一層上同一層上1個(gè)個(gè)s軌道和軌道和l個(gè)個(gè)p軌道間進(jìn)行雜化，軌道間進(jìn)行雜化，叫做叫做sp雜化。其雜化所形成的軌道，叫做雜化。其雜化所形成的軌道，叫做sp雜化軌道。雜化軌道。（直線型）（直線型） sp雜化雜化激發(fā)激發(fā)雜化雜化+-+-+-beclcl+-becl2的形成過(guò)程的形成過(guò)程

14、4be 2s226 sp2雜化雜化 同一層上同一層上1個(gè)個(gè)s軌道和軌道和2個(gè)個(gè)p軌道間的雜化，叫做軌道間的雜化，叫做sp2雜化，其雜化所生成的雜化軌道，叫做雜化，其雜化所生成的雜化軌道，叫做sp2雜化軌道。雜化軌道。（平面三角形）（平面三角形） 激發(fā)激發(fā)雜化雜化+ -+-bff+-+-+-+-fb bfffbf3的形成過(guò)程的形成過(guò)程5b27 sp3雜化雜化 同一層上同一層上1個(gè)個(gè)s軌道和軌道和3個(gè)個(gè)p軌道間的雜化，叫做軌道間的雜化，叫做sp3雜化。其雜化所生成的雜化軌道，叫做雜化。其雜化所生成的雜化軌道，叫做sp3雜化軌道。雜化軌道。（四面體型）（四面體型） 激發(fā)激發(fā)雜化雜化chhhh109.

15、5ch4分子形成分子形成6c28 不等性的不等性的sp3雜化雜化 雜化以后的幾個(gè)雜化軌道的能量不完全相等。雜化以后的幾個(gè)雜化軌道的能量不完全相等。 雜化雜化o oh104.5hh2o呈呈v形結(jié)構(gòu)形結(jié)構(gòu)8o29雜化雜化nh107.3hhnh3分子的空間構(gòu)型分子的空間構(gòu)型7n30雜化軌道類型雜化軌道類型鍵角鍵角分子空分子空間構(gòu)型間構(gòu)型實(shí)例實(shí)例等性雜等性雜化化sp雜化雜化180直線型直線型becl2、hgcl2sp2雜化雜化 120平面正平面正bf3、bcl3sp3雜化雜化10928正四面正四面體體ch4、ccl4sp3不等不等性雜化性雜化一對(duì)孤電一對(duì)孤電子子三角錐三角錐nh3、sbcl3兩對(duì)孤電兩對(duì)孤電子子v型型h2o、h2s雜化軌道類型與分子空間構(gòu)型的關(guān)系小結(jié)雜化軌道類型與分子空間構(gòu)型的關(guān)系小結(jié)31四、價(jià)層電子對(duì)互斥理論四、價(jià)層電子對(duì)互斥理論 分子的幾何構(gòu)型取決於中心原子分子的幾何構(gòu)型取決於中心原子價(jià)電子層價(jià)電子層中電子對(duì)中電子對(duì)的相互排斥。的相互排斥。 2對(duì)：直線型；對(duì)：直線型；sp雜化。雜化。3對(duì)：正三角型；對(duì)：正三角型； sp2雜化。雜化。4對(duì)：正四面體。對(duì)：正四面體。 sp3雜化。雜化。有孤對(duì)電子時(shí)，