1、1第四章化 學(xué) 鍵 與 分 子 結(jié) 構(gòu)化 學(xué) 鍵 與 分 子 結(jié) 構(gòu)2在原子結(jié)構(gòu)中，電子分布符合能量最低原則?；鶓B(tài)是原子最穩(wěn)定狀態(tài)。但是自然界中卻發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)元素不以原子形式存在，而以化合物形式存在，并且的原子數(shù)總是符合一定比例的結(jié)合 Na Cl ， H2 O ，說明化合物中的元素之間，存在著內(nèi)在地關(guān)系；說明原子并非是最穩(wěn)定的狀態(tài)。 3同時注意到唯獨(dú)稀有氣體，總是以單原子存在于自然界。 受此啟發(fā)，1916 年，德國，科塞爾（ Kossel ），認(rèn)識到惰氣，有 ns2np6 的電子構(gòu)型，提出原子形成化合物的原因和動力。 原子間通過得失電子，或通過共用電子對各原子達(dá)到飽和狀態(tài)的惰氣原子結(jié)構(gòu)。 4

2、第一節(jié) 離子鍵理論 5 所有物質(zhì)都能以分子或晶體的形式存在。分子或晶體中原子（或離子）之間強(qiáng)烈的吸引作用叫做化學(xué)鍵?；瘜W(xué)鍵主要有：金屬鍵，離子鍵，共價鍵。本章著重共價鍵的形成和分子的空間構(gòu)型。 6 討論共價鍵的理論有價鍵理論、雜化軌道理論（改進(jìn)后的價鍵理論）、價層電子對互斥理論、分子軌道理論。本節(jié)主要運(yùn)用價鍵理論討論共價鍵的形成、特點和鍵型；應(yīng)用雜化軌道理論討論分子的空間構(gòu)型。 7一.共價鍵的本質(zhì)與特點1.共價鍵的形成： （1）量子力學(xué)處理Hz： 1927年W.Heitler（海特勒）和F.Lodon（倫敦）運(yùn)用量子力原理處理H2得出的結(jié)果認(rèn)為：當(dāng)兩個H原子相互靠近時，由于1s電子自旋狀態(tài)的不

3、同，可能有兩種情況： 8 兩個H原子的1s電子相互配對時，為兩個原子公用，核間的電子云（？）增大，增大對兩核的吸引，系統(tǒng)能量降低，形成穩(wěn)定分子。 不能成對，兩核間電子出現(xiàn)幾率密度（？）減小，系統(tǒng)能量升高，不能成鍵。 一.共價鍵的本質(zhì)與特點9 左圖為兩個H原子相互靠近時，系統(tǒng)的能量關(guān)系圖，圖中E為系統(tǒng)能量，R為兩個原子核間距離。 一.共價鍵的本質(zhì)與特點101.共價鍵的形成：（2)共價鍵的本質(zhì)：原子軌道重疊，原子核間電子的幾率密度（電子云）增大，對兩核產(chǎn)生吸引是共價鍵的本質(zhì)。而相鄰原子間自旋相反的來配對電子相互配對成共價電子對是共價鍵形成的基礎(chǔ)。 一.共價鍵的本質(zhì)與特點112價鍵理論的要點與共價鍵

4、的特點：（1） 價鍵理論要點：1）1個原子能形成共價單鍵的最大數(shù)目等于其未配對電子的數(shù)目。 如 ： H H ， c l c l ， H c l , 或 ？ ？ ？共價數(shù)：某元素的原子能形成共價單鍵的最大數(shù)目。它等于該原子的未成對電子數(shù)。2）原子軌道同號重疊（對稱性匹配）：才是有效重疊。 一.共價鍵的本質(zhì)與特點122價鍵理論的要點與共價鍵的特點：（1） 價鍵理論要點：3） 原子重疊時要滿足最大重疊條件：重疊越多，共價鍵越牢固。如s軌道與P軌道重疊，可能有下列情況： 一.共價鍵的本質(zhì)與特點13 (a)為異號重疊，是無效重疊； (b)為同號重疊與異號重疊相互抵消，是無效重疊。 (c)和(d)均為同號

5、重疊，是有效重疊，但是 ： 設(shè)核間距離為d，在(c)中未重疊部分（d）中未重疊部分，所以（c）不滿足最大重疊條件，（d）才滿足最大重疊條件，也就是說，沿著兩核連線的重疊才滿足最大重疊條件。 一.共價鍵的本質(zhì)與特點142價鍵理論的要點與共價鍵的特點：（2）共價鍵的特點： 飽和性：某種元素的原子，具有一定的共價數(shù)，即共價鍵具有飽和性。 方向性：共價鍵是原子軌道重疊形成的，且原子軌道重疊時要滿足最大重疊條件，而原子軌道（除了軌道外）均有角度分布，因此，共價鍵具有方向性。 一.共價鍵的本質(zhì)與特點15鍵：原子軌道沿著核間聯(lián)線方向進(jìn)行同號重疊而形成的共價鍵。電子云在核間聯(lián)線形成圓柱成對稱分布，如圖所示：

6、二共價鍵的鍵型：162鍵：兩原子軌道重疊垂直核間聯(lián)線并相互平行而進(jìn)行同號重疊所形成的共價鍵。電子云在核間聯(lián)線兩側(cè)。 二共價鍵的鍵型：172 鍵：N2：以3對共用電子把兩個N原子結(jié)合在一起，N原子的外層電子構(gòu)型為2s22p3： ，成鍵時用的是3個p軌道的未成對電子，而3個p軌道相互重疊，故，N2的成鍵如圖：其中，2Px2px形成鍵，2py2py和2pz2pz形成鍵。且此三個鍵相互垂直。（相互原子形成的鍵比鍵弱）。 二共價鍵的鍵型：183配位鍵：凡共用的一對電子由一個原子單獨(dú)提供的共價鍵叫做配位鍵，用“ ”表示。（從提供電子對原子 接受電子原子）。配位鍵形成的條件： 1，提供電子對的原子有孤對電子

7、； 2，接受電子對的原子有空軌道。如： 二共價鍵的鍵型：19CO：C原子：2S22P2 O原子：2S22P4 如圖所示：假設(shè)c原子的2px，2py各有一未配對電子，2pz軌道是空的；而o原子的2px，2py各有一未成對電子，則2Py2py形成鍵；2Px2px形成鍵；2Pz2pz形成配位鍵。故co分子結(jié)構(gòu)為： ,這里的配位鍵應(yīng)是鍵。 二共價鍵的鍵型：20又如：HNO3中這里的配位鍵應(yīng)是鍵。二共價鍵的鍵型：214.小結(jié)：一般，單鍵，單鍵均為鍵，因均需沿核間聯(lián)系重疊才能滿足最大重疊條件；雙鍵中有一個鍵，另一個為鍵，三鍵中有一個鍵，2個鍵。二共價鍵的鍵型：221.分子的空間構(gòu)型：共價鍵分子中的各原子在

8、空間排列所構(gòu)成的幾何形狀叫做分子的空間構(gòu)型。 分子的空間構(gòu)型直接關(guān)系到分子的極性。分子的空間構(gòu)型可用雜化軌道理論和價層電子子對互斥理論來解釋。三雜化軌道與分子的空間構(gòu)型： 23 2.雜化軌道理論的要點： 例如：C原子的外層電子分布為2s2p2。即 ，按價鍵理論：則C原子只能形成兩個共價單鍵，且這兩個鍵相互垂直（鍵角900）。但實際，CH4，CCl4不但說明C原子能形成4個單鍵，且它們均為非極性原子，即4個單鍵完全等同，但空間成四面體分布。為了更好地說明這類問題，Pauling等人以價鍵理論為基礎(chǔ)，提出雜化軌道理論 三雜化軌道與分子的空間構(gòu)型： 24 2.雜化軌道理論的要點： 其要點為： 1.在

9、形成分子時，中心原子地能級相近地原子軌道要打亂重組（雜化），形成能級相等的雜化軌道。 2.n個原子軌道雜化，形成n個雜化軌道。 3.雜化軌道與其它原子成鍵時，共用電子對間要采取排斥力最小的位置，以使分子系統(tǒng)的能量最低，分子最穩(wěn)定。 三雜化軌道與分子的空間構(gòu)型： 25三雜化軌道與分子的空間構(gòu)型： 3.雜化軌道類型與分子的空間構(gòu)型與分子的空間構(gòu)型。 1）sp雜化： s軌道與p軌道形成sp雜化軌道后，“”號部分增大，“”號減小。當(dāng)它們與其它原子軌道重疊成鍵時，重疊得更多，形成的鍵更穩(wěn)定。 26三雜化軌道與分子的空間構(gòu)型： 3.雜化軌道類型與分子的空間構(gòu)型與分子的空間構(gòu)型。 1）sp雜化： 如CO2的

10、C原子外層電子分布：2S22P2 即在CO2分子中，C原子生成2個 鍵（決定其空間構(gòu)型），所以：吸收能量與放出能量幾乎同時進(jìn)行，且雜化軌道重疊更大，放出能量更多。27三雜化軌道與分子的空間構(gòu)型： 3.雜化軌道類型與分子的空間構(gòu)型與分子的空間構(gòu)型。 1）sp雜化：所以CO2分子的空間構(gòu)型為直線型，如下圖所示：CO的結(jié)構(gòu)式為：OCO28三雜化軌道與分子的空間構(gòu)型： 3.雜化軌道類型與分子的空間構(gòu)型與分子的空間構(gòu)型。 2）sp2雜化：如BF3，B原子外層電子分布：2S22P1 (為 雜化軌道中含S的成分） 120021311311cos 29三雜化軌道與分子的空間構(gòu)型： 3.雜化軌道類型與分子的空間

11、構(gòu)型與分子的空間構(gòu)型。 2）sp2雜化：如BF3， 1200 BF3為平面正方形，如下圖所示：30三雜化軌道與分子的空間構(gòu)型： 3.雜化軌道類型與分子的空間構(gòu)型與分子的空間構(gòu)型。 3）sp3雜化： CH4、CCl4: =109=1090 0282831411411cos 31三雜化軌道與分子的空間構(gòu)型： 3.雜化軌道類型與分子的空間構(gòu)型與分子的空間構(gòu)型。 3）sp3雜化： CH4、CCl4: CH4、CCl4為正四面體，如下圖所示： 32三雜化軌道與分子的空間構(gòu)型： 3.雜化軌道類型與分子的空間構(gòu)型與分子的空間構(gòu)型。 3）sp3雜化：CHCl3: CHCl3為四面體形：33三雜化軌道與分子的空

12、間構(gòu)型： 3.雜化軌道類型與分子的空間構(gòu)型與分子的空間構(gòu)型。 3）sp3雜化：NH3(NF3):其中：1個電子的雜化軌道含s成分為：2/5 2個電子的雜化軌道含s成分為22/54/5故此種雜化為不等性雜化。34三雜化軌道與分子的空間構(gòu)型： 3.雜化軌道類型與分子的空間構(gòu)型與分子的空間構(gòu)型。 3）sp3雜化：NH3(NF3):NH3(NF3)為三角雙錐空間構(gòu)型。由于有1個孤對電子，所以NHN由正面體的109028壓縮到107018（因孤對電子的排斥力比較大）。35三雜化軌道與分子的空間構(gòu)型： 3.雜化軌道類型與分子的空間構(gòu)型與分子的空間構(gòu)型。 3）sp3雜化：H2O(OF2):其中：1個電子的雜化軌道含s成分為：2/6=1/3 2個電子的雜化軌道含s成分為22/62/3故此種雜化為不等性雜化。36三雜化軌道與分子的空間構(gòu)型： 3.雜化軌道類型與分子的空間構(gòu)型與分子的空間構(gòu)型。 3）sp3雜化：H2O(OF2): 根據(jù)以上分析，H2O(OF2)的空間構(gòu)型為“V”型。HOH由四面體的109028壓縮到10403037三雜化軌道與分子的空間構(gòu)型： 3.雜化軌道類型與分子的空間構(gòu)型與分子的空間構(gòu)型。 4）sp3d雜化：如PCl5：P原子的外層電子分布：3S23P338三雜化軌道與分子的空間構(gòu)型： 3.雜化軌道類型與分子的