復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系2013年9月11日唐幸福環(huán)境系303室Lavoisier,A.L.1743—1794

（French）1781年 蠟、酒精、橄欖油——C、H、O、X組成學(xué)史明理學(xué)史明理Friedrch

Wohler

（Germany）NH4CNO

△

CO(NH2)2學(xué)史明理Kolbe,A.W.H

（Germany）NH4CNO

△

CO(NH2)2氯、水、四氯化碳在光作用下合成三氯醋酸1850－1900年，煤焦油化學(xué)時代1900－1940年，煤焦油→染料、藥物、炸藥1940年－，石油→三大合成材料（橡膠、塑料、合成纖維）1990年－，有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、能源工業(yè)、國防工業(yè)、電子工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)等科學(xué)結(jié)合時代。學(xué)史明理學(xué)史明理G.N.Lewis經(jīng)典共價鍵理論HONOOHO

NOO學(xué)史明理OH

O

NO雜化軌道理論OHO

NOLinus

Carl

Pauling復(fù)旦人——精益求精師者，傳道授解惑《有機(jī)化學(xué)》——生命的科學(xué)1965年：中國首次人工合成牛胰島素結(jié)晶《有機(jī)化學(xué)》——碳的科學(xué)1.5.1價鍵理論要點(diǎn)：共價鍵是兩個原子軌道相互重疊的結(jié)果；成鍵電子定域于成鍵原子之間；共價鍵具有飽和性；共價鍵具有方向性。返回·+·····氫原子原子軌道重疊氫分子(1)氫分子的形成返回yx(2)共價鍵的方向性y沿x軸方向最大重疊成鍵x沿y軸方向重疊小不成鍵返回1.5.2分子軌道理論要點(diǎn)：成鍵電子的運(yùn)動范圍不是局限于兩個成鍵原子之間，而是在整個分子的區(qū)域內(nèi)；分子中價電子的運(yùn)動狀態(tài)用分子軌道描述；分子中的電子根據(jù)能量最低原理、保里原理和洪特規(guī)則填充在分子軌道上；決定分子化學(xué)性質(zhì)的主要是原子的價電子。返回·+······+···能量φ1sφ1s原子軌道Ψ1s=

φa+φb

成鍵軌道Ψ*1s=

φa-φb

反鍵軌道氫分子的軌道和軌道能級圖Ψ*1sΨ1s返回++++---+2s2p+-+2S+2Px+-+2Py++-

-+-1.5.3軌道雜化理論平面三角形sp2雜化軌道直線型sp雜化軌道sp雜化sp2雜化返回+

-+2S+2Px+-++-2Pz+2Py正四面體形Sp3雜化軌道1.5.3軌道雜化理論sp3雜化返回有機(jī)化合物中的碳原子的雜化狀態(tài)激發(fā)雜化Sp3雜化Sp2雜化Sp雜化基態(tài)碳原子激發(fā)態(tài)碳原子返回r1dr4r2r3bad::a－b鍵長r

:a原子范氏半徑1:r2::a原子共價半徑r3::b原子范氏半徑r

:b原子共價半徑4:d

=

r2

+

r41.6共價鍵的屬性鍵長：成鍵原子的核間距離返回二、現(xiàn)代共價鍵理論（一）原子軌道電子在核外空間運(yùn)動遵循量子力學(xué)規(guī)律，它在空間的運(yùn)動狀態(tài)可用波函數(shù)F

(習(xí)慣上稱原子軌道）來描述。S軌道xyzxyp軌道z（二）現(xiàn)代共價鍵理論基本要點(diǎn)1、當(dāng)兩個原子相互接近到一定距離時，自旋方向相反的單電子相互配對（即兩原子軌道重疊）2、共價鍵的飽和性－－每個原子形成共價鍵的數(shù)目取決于該原子中的單個電子數(shù)目3、共價鍵的方向性－－共價鍵的形成必須盡可能沿著原子軌道最大程度重疊的方向進(jìn)行。4、雜化－－同一個原子中參與成鍵的幾個能量相近的原子軌道可以重新組合，重新分配能量和空間方向，組成數(shù)目相等的，成鍵能力更強(qiáng)的新的原子軌道的過程。這種新的原子軌道叫做雜化軌道。三、雜化軌道（一）sp3

雜化2s2px

2py

2pz激發(fā)2s2px

2py

2pz雜化sp3xyzxyzo10928'（二）sp2

雜化2s2px

2py

2pz激發(fā)2s2px

2py

2pz雜化2pzsp2xyzxyzxz120°（三）sp

雜化2s2px

2py

2pz激發(fā)2s2px

2py

2pz雜化2pxsp2pzxyzxyzxyz四、共價鍵的屬性鍵長、鍵角、鍵能和鍵的極性等物理量（一）

鍵長

成鍵兩原子核間的距離(pm)（二）鍵角

分子中一個原子與另外兩個原子形成的兩個共價鍵在空間所夾的角如：甲烷鍵角為109°28′（三）鍵能1、離解能裂解分子中某一個共價鍵時所需的能量2、鍵能以共價鍵結(jié)合的雙原子分子裂解成原子時所吸收的能量雙原子分子：鍵能＝離解能多原子分子：鍵能＝離解能的平均值CH4．CH3

＋

．H

＋

435.1

kJ·mol

-1．CH3．．CH2．．CH2

＋

．H

＋

443.5

kJ·mol

-1．．CH

＋

．H

＋

443.5

kJ·mol

-1甲烷的鍵能415.3kJ·mol-1．．CH．．．

．．C

．＋

．H

＋

338.9

kJ·mol

-1（四）共價鍵的極性1、非極性共價鍵２、極性共價鍵H－

HH

δ

+

－Ｃl