《共價(jià)鍵說(shuō)》課件

共價(jià)鍵說(shuō)歡迎來(lái)到共價(jià)鍵說(shuō)的深入探討。本課程將揭示這一化學(xué)鍵的本質(zhì)，解析其形成機(jī)制，探討其在分子結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵作用。讓我們開始這場(chǎng)引人入勝的化學(xué)之旅。共價(jià)鍵的定義和特點(diǎn)電子共享共價(jià)鍵是原子間通過(guò)共享電子對(duì)形成的化學(xué)鍵。方向性共價(jià)鍵具有明確的空間方向，決定了分子的幾何構(gòu)型。飽和性共價(jià)鍵有飽和性，即一個(gè)原子可形成的共價(jià)鍵數(shù)量有限。共價(jià)特性共價(jià)鍵使得分子具有特定的物理和化學(xué)性質(zhì)。共價(jià)鍵的形成過(guò)程1電子靠近兩個(gè)原子的外層電子相互靠近。2軌道重疊原子軌道發(fā)生重疊，電子云密度增大。3能量降低體系總能量降低，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵。共價(jià)鍵的極性非極性共價(jià)鍵電負(fù)性相同或相近的原子之間形成。電子對(duì)均勻分布。極性共價(jià)鍵電負(fù)性差異較大的原子之間形成。電子對(duì)分布不均勻。共價(jià)鍵的長(zhǎng)度和強(qiáng)度鍵長(zhǎng)共價(jià)鍵的長(zhǎng)度受原子半徑和鍵級(jí)的影響。鍵級(jí)越高，鍵長(zhǎng)越短。鍵強(qiáng)度共價(jià)鍵的強(qiáng)度與鍵能相關(guān)。鍵能越高，鍵越穩(wěn)定。影響因素原子大小、電負(fù)性差異和軌道重疊程度都會(huì)影響共價(jià)鍵的長(zhǎng)度和強(qiáng)度。共價(jià)鍵的氫鍵效應(yīng)氫鍵形成當(dāng)氫原子與強(qiáng)電負(fù)性原子結(jié)合時(shí)，可能形成氫鍵。氫鍵特性氫鍵是一種特殊的分子間作用力，強(qiáng)度介于共價(jià)鍵和范德華力之間。影響氫鍵影響物質(zhì)的沸點(diǎn)、溶解度和生物大分子的結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵的分類單鍵由一對(duì)電子形成，可自由旋轉(zhuǎn)。雙鍵由兩對(duì)電子形成，限制旋轉(zhuǎn)。三鍵由三對(duì)電子形成，完全無(wú)法旋轉(zhuǎn)。單鍵、雙鍵和三鍵的特點(diǎn)鍵類型電子對(duì)數(shù)鍵長(zhǎng)鍵能旋轉(zhuǎn)性單鍵1長(zhǎng)低可自由旋轉(zhuǎn)雙鍵2中等中等限制旋轉(zhuǎn)三鍵3短高不能旋轉(zhuǎn)芳香共價(jià)鍵1共軛體系2電子離域化3平面結(jié)構(gòu)4特殊穩(wěn)定性芳香共價(jià)鍵是一種特殊的共價(jià)鍵，存在于芳香族化合物中。它具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)。電負(fù)性差異與共價(jià)鍵極性1電負(fù)性相同形成非極性共價(jià)鍵2輕微電負(fù)性差異形成弱極性共價(jià)鍵3顯著電負(fù)性差異形成強(qiáng)極性共價(jià)鍵4極大電負(fù)性差異可能形成離子鍵混合軌道理論1軌道重疊原子軌道重疊形成分子軌道。2能量匹配參與成鍵的軌道能量相近。3軌道混合原子軌道混合形成雜化軌道。4空間取向雜化軌道決定分子幾何構(gòu)型。sp3雜化軌道四面體構(gòu)型sp3雜化形成四個(gè)等價(jià)軌道，呈四面體分布。典型例子是甲烷分子。鍵角sp3雜化軌道之間的夾角約為109.5°，形成穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)。形成過(guò)程一個(gè)s軌道和三個(gè)p軌道混合，形成四個(gè)sp3雜化軌道。sp2雜化軌道平面三角形構(gòu)型sp2雜化形成三個(gè)共平面的雜化軌道，夾角為120°。剩余一個(gè)p軌道垂直于這個(gè)平面。應(yīng)用sp2雜化在烯烴和芳香族化合物中常見，如乙烯分子。它可以形成一個(gè)σ鍵和一個(gè)π鍵。sp雜化軌道線性構(gòu)型sp雜化形成兩個(gè)線性排列的雜化軌道，夾角為180°。剩余p軌道兩個(gè)未參與雜化的p軌道垂直于sp軌道。應(yīng)用實(shí)例sp雜化在炔烴中常見，如乙炔分子?？梢孕纬梢粋€(gè)σ鍵和兩個(gè)π鍵。雜化軌道與共價(jià)鍵的形成軌道重疊雜化軌道之間或與其他原子軌道重疊。電子共享重疊區(qū)域的電子密度增加，形成共價(jià)鍵。分子構(gòu)型雜化類型決定分子的幾何形狀和鍵角。共價(jià)鍵的序數(shù)1單鍵一對(duì)電子共享形成。2雙鍵兩對(duì)電子共享形成。3三鍵三對(duì)電子共享形成。鍵的序數(shù)越高，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，但反應(yīng)活性也越高。共價(jià)鍵的成鍵角成鍵角由原子的雜化類型決定。sp3雜化約109.5°，sp2雜化120°，sp雜化180°。實(shí)際角度可能因電子對(duì)排斥而略有偏差。共價(jià)鍵的鍵能定義鍵能是斷裂1摩爾共價(jià)鍵所需的能量。影響因素原子間距離、電負(fù)性差異和軌道重疊程度都會(huì)影響鍵能。應(yīng)用鍵能可用于估算化學(xué)反應(yīng)的焓變。共價(jià)鍵的能量變化1鍵的形成原子靠近，體系能量降低。2平衡位置達(dá)到最低能量點(diǎn)，形成穩(wěn)定鍵。3鍵的斷裂需要輸入能量，體系能量升高。共價(jià)鍵的穩(wěn)定性與反應(yīng)活性穩(wěn)定性鍵能越高，鍵越穩(wěn)定。單鍵通常比多重鍵穩(wěn)定。反應(yīng)活性鍵能低的共價(jià)鍵更容易斷裂，反應(yīng)活性較高。多重鍵通常比單鍵活潑。共價(jià)鍵的斷裂及其機(jī)理均裂鍵電子對(duì)平均分配，產(chǎn)生自由基。異裂鍵電子對(duì)由一個(gè)原子得到，產(chǎn)生離子。影響因素鍵的極性、反應(yīng)條件和溶劑性質(zhì)影響斷裂方式。自由基反應(yīng)引發(fā)形成自由基。增長(zhǎng)自由基與分子反應(yīng)，產(chǎn)生新自由基。終止自由基相互結(jié)合。親電加成反應(yīng)1π鍵極化親電試劑接近多重鍵。2形成σ鍵親電試劑與一個(gè)碳原子成鍵。3碳正離子形成不穩(wěn)定的碳正離子中間體。4加成完成親核試劑進(jìn)攻碳正離子。親核取代反應(yīng)1親核試劑接近親核試劑靠近被取代基團(tuán)。2過(guò)渡態(tài)形成形成不穩(wěn)定的五配位過(guò)渡態(tài)。3離去基團(tuán)分離原有基團(tuán)離去。4新鍵形成親核試劑與底物形成新鍵。消除反應(yīng)E1機(jī)理先形成碳正離子，再失去質(zhì)子。常見于三級(jí)鹵代烷。E2機(jī)理同時(shí)發(fā)生離去基團(tuán)分離和質(zhì)子的失去。立體專一性強(qiáng)。共價(jià)鍵與化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分子形狀共價(jià)鍵的空間排布決定分子幾何構(gòu)型。沸點(diǎn)極性共價(jià)鍵通常導(dǎo)致較高的沸點(diǎn)。溶解性極性共價(jià)鍵增加化合物在極性溶劑中的溶解度。共價(jià)鍵與元素周期律主族元素傾向于形成共價(jià)鍵，價(jià)電子數(shù)決定可能的共價(jià)鍵數(shù)。過(guò)渡元素可形成配位共價(jià)鍵，d軌道參與成鍵。周期趨勢(shì)原子半徑和電負(fù)性影響共價(jià)鍵的性質(zhì)。共價(jià)鍵在化學(xué)中的應(yīng)用共價(jià)鍵理論在有機(jī)合成、藥物設(shè)計(jì)、材料科學(xué)和納米技術(shù)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。了解共價(jià)鍵性質(zhì)對(duì)這些領(lǐng)域的發(fā)展至關(guān)重要。共價(jià)鍵說(shuō)的局限性金屬鍵無(wú)法完全解釋金屬中的電子行為。分子間作用難以準(zhǔn)確描述弱相互作用。過(guò)渡態(tài)在描述化學(xué)反應(yīng)過(guò)渡態(tài)時(shí)存在局限。量子效應(yīng)在納米尺度下可能不夠準(zhǔn)確。共價(jià)鍵理論的發(fā)展與進(jìn)步11916年路易斯提出電子點(diǎn)式結(jié)構(gòu)。21927年鮑林和斯萊特提出價(jià)鍵理論。31930年代分子軌道理論的發(fā)