物质结构与化学键理论初步

1、第六章第六章 物质结构与化学键理论初步物质结构与化学键理论初步第一节第一节 核外电子的运动状态核外电子的运动状态第二节第二节 原子电子层结构和元素周期律原子电子层结构和元素周期律第三节第三节 化学键化学键第四节第四节 分子的极性、分子间力和氢键分子的极性、分子间力和氢键本章基本要求本章基本要求1 理解和掌握微观粒子的波粒二象性、四个量子数、理解和掌握微观粒子的波粒二象性、四个量子数、轨道能级、能级组、元素周期律、元素周期表、电负轨道能级、能级组、元素周期律、元素周期表、电负性、电离能、电子亲合能；离子键、共价键、性、电离能、电子亲合能；离子键、共价键、键、键、键、键的极性、分子的极性、杂化轨道

2、、分子间力、键、键的极性、分子的极性、杂化轨道、分子间力、氢键等概念。氢键等概念。2 熟记四个量子数之间的取值规则；熟记四个量子数之间的取值规则；3熟练地掌握离子键理论、共价键理论、杂化轨道理论，熟练地掌握离子键理论、共价键理论、杂化轨道理论，并能运用这些理论解释有关实验现象。并能运用这些理论解释有关实验现象。4 熟记原子轨道能级图，熟练掌握核外电子排布原则，熟记原子轨道能级图，熟练掌握核外电子排布原则，理解屏蔽效应、钻穿效应，并能解释有关原子轨道能理解屏蔽效应、钻穿效应，并能解释有关原子轨道能级交错的现象；级交错的现象；5 熟练掌握元素周期律、元素周期表的结构特征、并熟练掌握元素周期律、元素

3、周期表的结构特征、并能熟记原子序数能熟记原子序数136号元素在周期表中的位置。号元素在周期表中的位置。重点：重点：四个量子数的取值规律，原子轨道的角度分布图，原子轨四个量子数的取值规律，原子轨道的角度分布图，原子轨道能级图，核外电子排布原则，元素周期律，元素周期表。道能级图，核外电子排布原则，元素周期律，元素周期表。离子键、共价键、杂化轨道理论及应用，分子间力及对物离子键、共价键、杂化轨道理论及应用，分子间力及对物质性质的影响。质性质的影响。难点：难点： 核外电子的运动特性，杂化轨道理论及应用。核外电子的运动特性，杂化轨道理论及应用。6 熟练掌握分子间力、氢键的判断及其对物质性质的熟练掌握分子

4、间力、氢键的判断及其对物质性质的影响。影响。第一节第一节 核外电子的运动状态核外电子的运动状态1 普朗克量子论普朗克量子论1900年，普朗克提出量子论。他认为物质吸收或年，普朗克提出量子论。他认为物质吸收或放出能量是不连续的，而是按照一个基本量的整放出能量是不连续的，而是按照一个基本量的整数倍被物质吸收或放出能量。这个最小的基本量数倍被物质吸收或放出能量。这个最小的基本量称为量子或光子。每个光子的能量大小与辐射的称为量子或光子。每个光子的能量大小与辐射的频率成正比。频率成正比。 E=hh普朗克常数，普朗克常数，h6.6261034J s，E 轨道的能量，轨道的能量，光的频率光的频率2 玻尔理论

5、玻尔理论氢原子光谱是不连续的线状光谱，在可见光区有氢原子光谱是不连续的线状光谱，在可见光区有4条谱线。条谱线。Bohr在爱因斯坦的光子学说，普朗克量子理论，在爱因斯坦的光子学说，普朗克量子理论，卢瑟福原子核模型的基础上提出了玻尔理论。卢瑟福原子核模型的基础上提出了玻尔理论。hEE12 处于能量最低的状态叫基态，获得能量后变为激发态；处于能量最低的状态叫基态，获得能量后变为激发态； 从激发态回到基态辐射能量，以光的形式释出从激发态回到基态辐射能量，以光的形式释出12EEhBohr理论的主要内容理论的主要内容 核外的电子在有确定半径和能量的轨道上运动，处核外的电子在有确定半径和能量的轨道上运动，处

6、于定态，不发出辐射；于定态，不发出辐射；evn6.13E2n玻尔理论的局限性：玻尔理论的局限性：不能解释氢原子的精细结构（每条谱线是由二条紧不能解释氢原子的精细结构（每条谱线是由二条紧邻的谱线组成）邻的谱线组成）不能解释原子光谱在磁场中的分裂不能解释原子光谱在磁场中的分裂不能解释多电子原子的光谱不能解释多电子原子的光谱玻尔理论的成功之处：玻尔理论的成功之处：满意地解释了实验观察的氢原子光谱和类氢满意地解释了实验观察的氢原子光谱和类氢原子（原子（He+, Li2+, B3+）光谱）光谱说明原子的稳定性；说明原子的稳定性；计算氢原子的电离能计算氢原子的电离能3 核外电子的运动特征核外电子的运动特征

7、 Plank 公式：公式：E=h v，提出，提出能量量子化的概念（微观世界能量量子化的概念（微观世界有些物理量只能以最小单位或有些物理量只能以最小单位或最小单位的整倍数变化）最小单位的整倍数变化） Einstein 的光子学说（光电的光子学说（光电效应）效应） 电子的微粒性，电子有确电子的微粒性，电子有确定的体积定的体积 (d约为约为10-15m) 和质和质量量(9.109110-31kg)德布罗依（德布罗依（de brolie L V，1892-1987）法国理论）法国理论物理学家物理学家（1）波粒二象性）波粒二象性微粒的波动性微粒的波动性de Broglie 波（物质波）通过衍射实验证明波

8、（物质波）通过衍射实验证明（2）测不准原理）测不准原理不可能同时测得电子的精确位置不可能同时测得电子的精确位置和动量（由于电子具有波粒二象和动量（由于电子具有波粒二象性）性） x p h从理论上讲，任何运动物体（包从理论上讲，任何运动物体（包括宏观物体）都得服从括宏观物体）都得服从eigenberg principle，但只有，但只有在处理微观世界的运动时，才显在处理微观世界的运动时，才显得不可忽视。得不可忽视。暗示：暗示：不可能存在不可能存在Ruther ford 和和Bohr 模型中行星模型中行星绕太阳那样的电子轨道。绕太阳那样的电子轨道。提示：提示：对于电子衍射的解释，即电子的波动性与微

9、粒对于电子衍射的解释，即电子的波动性与微粒行为的统计规律。行为的统计规律。人们无法知道每个电子落在感光屏的哪个位置，但统人们无法知道每个电子落在感光屏的哪个位置，但统计结果却能显示电子在不同区域出现的机会，出现机计结果却能显示电子在不同区域出现的机会，出现机会多（概率较大）的，区域内花纹较深（亮），出现会多（概率较大）的，区域内花纹较深（亮），出现机会少（概率较小）的，区域内花纹较浅（暗）。机会少（概率较小）的，区域内花纹较浅（暗）。实物的微粒波是几率波实物的微粒波是几率波性质上不同于光波的一种波性质上不同于光波的一种波4 核外电子运动状态的描述核外电子运动状态的描述薛定谔（薛定谔（Schro

10、dinger E, 1887-1961）奥地利物理）奥地利物理学家学家（1）薛定谔波动方程：）薛定谔波动方程：描述微观粒子运动状态的基本方程描述微观粒子运动状态的基本方程0)(8)(22222222VEhmzyx 为描述特定微粒运动状态的波为描述特定微粒运动状态的波函数（函数（wave functions），即电子），即电子在核外空间运动状态的数学表达在核外空间运动状态的数学表达式，是空间坐标的函数。若确定式，是空间坐标的函数。若确定了空间坐标，波函数也就有了一了空间坐标，波函数也就有了一定的数值。定的数值。方程中既包含体现微粒性的物理量方程中既包含体现微粒性的物理量m ，也包含体，也包含体现

11、波动性的物理量现波动性的物理量求解薛定谔方程求解薛定谔方程, 就是求得波函数就是求得波函数和能量和能量E ；解得的解得的不是具体的数值不是具体的数值, 而是包括三个常数而是包括三个常数(n, l, m)和三个变量和三个变量(x，y，z,)的函数式的函数式n, l, m (x，y，z,)；数学上可以解得许多个数学上可以解得许多个n, l, m (x，y，z,) , 但其但其物理意义并非都合理；物理意义并非都合理；为了得到合理解为了得到合理解, 三个常数项只能按一定规则取值三个常数项只能按一定规则取值, 很自然地得到前三个量子数。很自然地得到前三个量子数。方程的每一个解代表电子的一种可能运动状态方

12、程的每一个解代表电子的一种可能运动状态在量子力学中，用波函数和与其对应的能量在量子力学中，用波函数和与其对应的能量来描述电子的运动状态。来描述电子的运动状态。是描述电子运动状态的数学表达式，是描述电子运动状态的数学表达式，的空的空间图象叫原子轨道，间图象叫原子轨道，原子轨道的数学表达式就是波函数。原子轨道的数学表达式就是波函数。（2）波函数和原子轨道）波函数和原子轨道波函数波函数没有直接的物理意义，没有直接的物理意义， |2表示电子在表示电子在核外空间某一点出现的几率密度。所以核外空间某一点出现的几率密度。所以 |2的的空间图像就是电子云图。空间图像就是电子云图。 |2值越大，小黑点值越大，小

13、黑点越密；越密； |2值越小，小黑点越疏。值越小，小黑点越疏。 |2的空间图的空间图象就是电子云图。象就是电子云图。 电子云角度分布图和原子轨道角度分布图图形电子云角度分布图和原子轨道角度分布图图形及其在空间的伸展方向相似。主要区别在于原及其在空间的伸展方向相似。主要区别在于原子轨道角度分布图有正、负之分，这种符号在子轨道角度分布图有正、负之分，这种符号在原子间形成化学键时起着重要作用，而电子云原子间形成化学键时起着重要作用，而电子云角度分布图没有正负，且后者比前者更角度分布图没有正负，且后者比前者更“瘦瘦”。几率和几率密度不同。几率密度是指单位体积内电子几率和几率密度不同。几率密度是指单位体

14、积内电子出现的几率，而几率是指核外一定体积的区域内电子出现的几率，而几率是指核外一定体积的区域内电子出现的几率。出现的几率。如将概率密度相同的各点联成一个曲面，这样的面就称如将概率密度相同的各点联成一个曲面，这样的面就称为等密度面。为了表示电子出现的主要区域，可用能包为等密度面。为了表示电子出现的主要区域，可用能包含含95%电子云的那一个等密度面来表示电子云的形状，电子云的那一个等密度面来表示电子云的形状，这样的图形称为界面图。这样的图形称为界面图。s 电子云是球形对称的，电子云是球形对称的，p 电子云的形状像无柄的哑铃。电子云的形状像无柄的哑铃。沿着某一个轴的方向上概率密度最大，电子云主要集

15、中沿着某一个轴的方向上概率密度最大，电子云主要集中在这个方向上。在另两个轴上电子云出现的概率很小，在这个方向上。在另两个轴上电子云出现的概率很小，几乎为零，在核附近也几乎是零。几乎为零，在核附近也几乎是零。py 和和pz 与与px 相似，只相似，只是方向不同。是方向不同。d 电子云的形状像四朵花瓣，电子云的形状像四朵花瓣，f 电子云的形电子云的形状就更加复杂了。状就更加复杂了。主量子数主量子数(n)表示原子轨道或电子云离核距离和能级高低表示原子轨道或电子云离核距离和能级高低n =1、2、3、4、5 . 正整数正整数 n12345电子层电子层第一层第一层第二层第二层第三层第三层第四层第四层第五第

16、五层层电子层符电子层符号号KLMNOn值越小，该电子层离核越近，能级越低。值越小，该电子层离核越近，能级越低。（3）四个量子数）四个量子数角量子数角量子数()()表示电子亚层，原子轨道或电子云的形状表示电子亚层，原子轨道或电子云的形状 l = 0 = 0、1 1、2 2、3 3 .( (n n - 1) - 1) 的正整数的正整数 l形状形状球形球形哑铃形哑铃形花瓣形花瓣形 电子亚层电子亚层符号符号s sp pd df fg g同一电子层同一电子层, , l值越小值越小, ,该电子亚层能级越低。该电子亚层能级越低。n nl0 01 10 01 12 20 01 12 23 3符号符号1s1s2

17、s2s2p2p3s3s3p3p3d3d4s4s4p4p4d4d4f4f 磁量子数磁量子数(m)表示原子轨迹或电子云在空间的伸展方向表示原子轨迹或电子云在空间的伸展方向 m值：值： - l 、0、+l 的正整数的正整数, 共共(2 l +1)个个 lm0-1、0、+-2、-1、0、+1 、+2原子轨道原子轨道符号符号spy、px、pzdxy、dyz、dz2、dxz、 dx2-y2同一亚层内的各原子轨道同一亚层内的各原子轨道, , 在没有外加磁场下在没有外加磁场下, , 能量是能量是相等的相等的, ,称等价轨道称等价轨道 ( (简并轨道简并轨道) ) 。 自旋量子数自旋量子数(ms)描述电子的自旋

18、状态描述电子的自旋状态ms值：顺时针方向或逆时针方向值：顺时针方向或逆时针方向如如 n = 2、 l = 1、m = -1、则可知是第二电子层、则可知是第二电子层、p亚层、亚层、px轨道、轨道、自旋方向为的电子。自旋方向为的电子。21ms21ms写出下列各状态的轨道符号写出下列各状态的轨道符号(1) n=2 ；(2) 2p； (3) 2px（1）n=3, l=0； (2)n=5,l=4；(3)n=4,l=2； (4)n=2,l=13s5g4d2p写出下列符号的轨道数写出下列符号的轨道数解：解：（1）n=2, l=0, 1, 对应于对应于l=0,m=0; l=1, m=0, 1所以共有所以共有4

19、 个值，即个值，即4 个轨道。个轨道。（2）2p, l=1, m=0, 1, 共共3 个个m 值，值，3 个轨道；个轨道；（3）2px, l=1, 在在x 轴方向伸展，轴方向伸展，m=0，只有一个，只有一个m 值，值，1 个轨道。个轨道。第二节第二节 原子的电子层结构与元素周期系原子的电子层结构与元素周期系1 屏蔽效应、钻穿效应屏蔽效应、钻穿效应多电子原子中，电子不仅受到核的引力，还受到多电子原子中，电子不仅受到核的引力，还受到其它电子的排斥力，特别是内层电子对外层电子其它电子的排斥力，特别是内层电子对外层电子的排斥。这种排斥相当于抵消了一部分原子的核的排斥。这种排斥相当于抵消了一部分原子的核

20、电荷，这种抵消作用叫做屏蔽效应。电荷，这种抵消作用叫做屏蔽效应。钻穿效应：外层电子钻到内部靠近原子核的空间，钻穿效应：外层电子钻到内部靠近原子核的空间，从而减弱了其它电子对它的屏蔽作用而引起能级从而减弱了其它电子对它的屏蔽作用而引起能级降低的效应。降低的效应。轨道的钻穿能力通常有如下顺序轨道的钻穿能力通常有如下顺序: n s n p n d n f 。(这意味着这意味着, 亚层轨道的电子云按同一顺序越来亚层轨道的电子云按同一顺序越来越远离原子核越远离原子核, 导致能级按导致能级按E(ns) E(np) E(nd) E(nf)顺序分裂顺序分裂)。如果能级分裂的程度很大如果能级分裂的程度很大, 就

21、可能导致与临近电子就可能导致与临近电子层中的亚层能级发生交错层中的亚层能级发生交错。例如例如, 4s电子云径向分布图上除电子云径向分布图上除主峰外还有主峰外还有3个离核更近的小峰个离核更近的小峰, 其钻穿程度如此之大其钻穿程度如此之大, 以致其能以致其能级处于级处于3d亚层能级之下亚层能级之下, 发生了发生了交错交错。2 多电子原子轨道能级图多电子原子轨道能级图鲍林能级示意图鲍林能级示意图根据光谱实验整理出的近根据光谱实验整理出的近似能级图，只是似能级图，只是顺序图顺序图！鲍林能级图只适用于多电子原子。即不适用于氢原子和鲍林能级图只适用于多电子原子。即不适用于氢原子和类氢原子。类氢原子。鲍林能

22、级图严格意义上只能叫鲍林能级图严格意义上只能叫“顺序图顺序图”, ,顺序是指轨道顺序是指轨道填充的顺序或电子填入轨道的顺序填充的顺序或电子填入轨道的顺序. . 3 核外电子排布核外电子排布（1 1）基态原子的电子组态）基态原子的电子组态 原子的电子组态原子的电子组态(又称电子构型又称电子构型)是一种表示形式是一种表示形式,这种形这种形式能反映出该原子中所有电子占据的亚层轨道。式能反映出该原子中所有电子占据的亚层轨道。（2 2）基态原子中电子的排布原则）基态原子中电子的排布原则最低能量原理最低能量原理:电子在核外排列应尽先分布在低能级轨电子在核外排列应尽先分布在低能级轨道上道上,使整个原子系统能

23、量最低使整个原子系统能量最低。Pauli不相容原理不相容原理:每个原子轨道中最多只能容纳两个自旋每个原子轨道中最多只能容纳两个自旋方向相反的电子方向相反的电子。Hund规则规则:在同一亚层的等价轨道中在同一亚层的等价轨道中, ,电子尽可能地单独电子尽可能地单独分占轨道分占轨道, ,且自旋方向相同且自旋方向相同。当电子分布为全充满当电子分布为全充满(p(p6 6、d d1010、f f1414) )、半充满、半充满(p(p3 3、 d d5 5、f f7 7) )、全空、全空(p(p0 0、d d0 0、f f0 0) )时时, , 原子结原子结构较稳定。构较稳定。如如7N19K1s22s22p

24、63s23p64s126Fe 1s22s22p63s23p63d64s229Cu24Cr基态原子外层电子填充顺序：基态原子外层电子填充顺序： ns (n-2)f (n-1)d np1s22s22p63s23p63d104s1 全充满全充满1s22s22p63s23p63d54s1 半充满半充满1s22s22p3（3）核外电子的表示方式）核外电子的表示方式 电子排布式电子排布式 将轨道符号按能级顺序排列，并在轨道将轨道符号按能级顺序排列，并在轨道符号右上角标出电子数；符号右上角标出电子数； 轨道表示式轨道表示式 用用或或表示轨道，用表示轨道，用、表示电子的表示电子的自旋；自旋； 量子数表示量子数

25、表示 用一套量子数（用一套量子数（n，l，m，ms）定义电）定义电子的运动状态；子的运动状态； 原子实原子实 价层组态价层组态 稀有气体元素价层稀有气体元素价层 4 4 周期表与原子结构周期表与原子结构（1）周期）周期元素所在的周期等于电元素所在的周期等于电子填充的最高主量子数子填充的最高主量子数n，也等于电子进入的最高也等于电子进入的最高能级组组数。能级组组数。共七个周期共七个周期: 一个特短周一个特短周期期(1); 二个短周期二个短周期(2,3); 二个长周期二个长周期(4,5); 二个特二个特长周期长周期(6,7), 第第7周期又叫周期又叫不完全周期不完全周期。（2）族）族主族（主族（A

26、）：）：A、A ns12，AA ns2np150族（惰性气体）族（惰性气体） ns2np6副族（副族（B）：）：B、B (n-1)d10ns12 BB 、 (n-1)d19ns12，主族、主族、 B、B 族数等于最外层电子数；族数等于最外层电子数；0族族 最外层电子数为最外层电子数为2或或8；BB 族数等于价电子数之和；价电子数族数等于价电子数之和；价电子数8、9、10为为ns12 (n-1)d19ns12(n-1)d10ns12AA0一一1AAAAAA2二二3456789 10三三11 12B BBB BBB13 14 15 16 17 18四四19 20 21 22 23 24 25 26

27、 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36五五37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54六六55 56 57* 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86七七87 88 89*104 105 106 107 108 109 110 111 112ns2np16s区区d区区ds区区P区区镧系镧系57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71锕系锕系89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99100 101 1

28、02103f 区区最后一个电子填入最后一个电子填入s s亚层亚层最后一个电子填入外层最后一个电子填入外层p p亚层亚层最后一个电子一般填入次外层最后一个电子一般填入次外层d d亚层亚层(n-2)f014(n-1)d02ns2最后一个电子一般填入外数第三层最后一个电子一般填入外数第三层 f f 亚层亚层例例 已知某副族元素已知某副族元素A A原子，最后一个电子填入原子，最后一个电子填入3d3d轨轨道，族数道，族数3 3。分析：最后一个电子填入次外层分析：最后一个电子填入次外层d d亚层，为亚层，为d d区元素，最区元素，最外层电子数外层电子数2 2族数族数( (最外层最外层+ +次外层次外层)

29、)电子数电子数3 3，则，则d d电子数电子数=3-2=1=3-2=1周期数电子层数周期数电子层数=4=4电子排布式电子排布式 1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d1 14s4s2 2预测第八周期有多少种元素。预测第八周期有多少种元素。8s2 5g18 6f 147d 108p6 原子的电子层结构随核电荷的递增呈周期性变化，促使原子的电子层结构随核电荷的递增呈周期性变化，促使原子的某些性质呈周期性变化。原子的某些性质呈周期性变化。 5 元素基本性质的周期性元素基本性质的周期性(1) (1) 原子半径原子半径 同周期主族元素随着子序数的增大同周期主族元素

30、随着子序数的增大, ,原子半径自左至右原子半径自左至右减小。减小。解释：电子层数不变解释：电子层数不变, ,随着核电荷数的增加，有效核电随着核电荷数的增加，有效核电荷数增大，导致核对外层电子的引力增大荷数增大，导致核对外层电子的引力增大. . 同一周期的同一周期的d d区元素区元素, , 自左到右自左到右, , 随核电荷的增加随核电荷的增加, , 原子半径略有减小。原子半径略有减小。IBIB族开始，反而有所增加。族开始，反而有所增加。过渡元素过渡元素: : 电子逐个填加在次外层电子逐个填加在次外层, , 增加的次外层电子增加的次外层电子对原来最外层上电子的屏蔽较强对原来最外层上电子的屏蔽较强,

31、 , 有效核电荷增加较小有效核电荷增加较小. . 镧系元素镧系元素, , 自左到右自左到右, , 随核电荷的增加随核电荷的增加, , 原子半径总的趋原子半径总的趋势缓慢减小，即镧系收缩。势缓慢减小，即镧系收缩。由于镧系收缩，至使后面五、六周期同族元素由于镧系收缩，至使后面五、六周期同族元素( (如如ZrZr与与HfHf、NbNb与与TaTa、 MoMo与与W)W)性质极为相似。性质极为相似。往往导致在自然界共生，而且相互分离不易。内过渡元素内过渡元素: : 电子逐个填加在外数第三层电子逐个填加在外数第三层, , 增加的电子增加的电子对原来最外层上电子的屏蔽很强对原来最外层上电子的屏蔽很强, ,

32、 有效核电荷增加甚小。有效核电荷增加甚小。同一主族元素，自上往下，原子半径逐渐增大。同一主族元素，自上往下，原子半径逐渐增大。同一副族元素同一副族元素( (除除BB外外),),自上往下自上往下, ,原子半径一般略原子半径一般略有增大。五、六周期同族元素原子半径十分相似。有增大。五、六周期同族元素原子半径十分相似。E(g) = E+ (g) + e- I1(2) (2) 电离能电离能E+(g) =E2+ (g) + e- I2I 1 I 2 I 31.7NaCl的晶体形成时显然有能量变的晶体形成时显然有能量变化，右图为其形成时的势能曲线。化，右图为其形成时的势能曲线。当到达最低点时，引力与斥力达

33、当到达最低点时，引力与斥力达到平衡状态到平衡状态（2 ）离子键的特征离子键的特征没有方向性没有方向性由于离子所带电荷的分布为球形对称，所以它在空间各个由于离子所带电荷的分布为球形对称，所以它在空间各个方向的静电效应相同，可以从任一方向吸引带相反电荷的方向的静电效应相同，可以从任一方向吸引带相反电荷的离子，故离子键没有方向性。离子，故离子键没有方向性。没有饱和性没有饱和性这这一个正离子除了吸引一个同价的负离子之外，还可以再一个正离子除了吸引一个同价的负离子之外，还可以再吸引其它负离子，只要离子空间许可，每个离子均可能吸吸引其它负离子，只要离子空间许可，每个离子均可能吸引尽量多的相反电荷离子，而没

34、有所谓的引尽量多的相反电荷离子，而没有所谓的“饱和饱和”。2 共价键共价键（1 1）价键理论）价键理论让我们以两个氢原子形成氢分让我们以两个氢原子形成氢分子的情况来说明共价键的形成子的情况来说明共价键的形成过程过程. .氢分子的形成氢分子的形成价键理论的要点价键理论的要点具有自旋方向相反单电子的两个原子相互靠近时，核间电具有自旋方向相反单电子的两个原子相互靠近时，核间电子云密度增大，单电子可以配对成键。子云密度增大，单电子可以配对成键。对称性匹配原则即两个原子轨道以相同的轨道符号重叠时，对称性匹配原则即两个原子轨道以相同的轨道符号重叠时，体系的能量降低，可以成键。体系的能量降低，可以成键。最大

35、重叠原理即在满足对称性匹配的前提下，原子轨道重最大重叠原理即在满足对称性匹配的前提下，原子轨道重叠越多，两核间电子云密度越大，形成的化学键越稳定。叠越多，两核间电子云密度越大，形成的化学键越稳定。共价键的特征共价键的特征饱和性饱和性 是指每种元素的原子能提供用于形成共价键的轨是指每种元素的原子能提供用于形成共价键的轨道数是一定的。道数是一定的。方向性方向性 是因为每种元素的原子能提供用于形成共价键的是因为每种元素的原子能提供用于形成共价键的轨道是具有一定的方向。轨道是具有一定的方向。共价键的类型共价键的类型键：原子轨道沿键轴（成键两原子核间连线）方向以键：原子轨道沿键轴（成键两原子核间连线）方

36、向以“头碰头头碰头”方式重叠形成的化学键。方式重叠形成的化学键。键特点：两个原子轨道的重叠部分沿键轴呈圆柱形对称。键特点：两个原子轨道的重叠部分沿键轴呈圆柱形对称。沿键轴旋转，轨道的形状和符号不发生改变。重叠程度大，沿键轴旋转，轨道的形状和符号不发生改变。重叠程度大，形成的化学键稳定，化学活泼性小。形成的化学键稳定，化学活泼性小。键：两原子轨道以键：两原子轨道以“肩并肩肩并肩”的方式重叠形成的化学键。的方式重叠形成的化学键。轨道重叠部分对通过键轴的一个平面具有镜面反对称性。轨道重叠部分对通过键轴的一个平面具有镜面反对称性。键的特点：轨道重叠部分上、下形状相同，符号相反，键的特点：轨道重叠部分上

37、、下形状相同，符号相反，不能绕键轴旋转；重叠程度小，形成的化学键不稳定，化不能绕键轴旋转；重叠程度小，形成的化学键不稳定，化学活泼性强。学活泼性强。 键参数键参数表明共价键的物理量称为共价键参数。表明共价键的物理量称为共价键参数。键能（键能（E） 表示化学键强度的物理量。表示化学键强度的物理量。298K，标准状，标准状态下，将态下，将1mol理想气态理想气态AB分子的键断开，生成理想气态分子的键断开，生成理想气态A、B原子所需要的能量，称为原子所需要的能量，称为AB的离解能（的离解能（D）。对于）。对于双原子分子，键能等于离解能；对于多原子分子，键能双原子分子，键能等于离解能；对于多原子分子，

38、键能等于全部离解能的平均值。等于全部离解能的平均值。键能愈大，共价键强度愈大，分子越稳定。键能愈大，共价键强度愈大，分子越稳定。键长键长 形成共价键的两原子之间的核间距。一般键长越形成共价键的两原子之间的核间距。一般键长越短，键越牢固。短，键越牢固。键的极性键的极性 共价键有极性和非极性共价键。从成键原共价键有极性和非极性共价键。从成键原子的电负值来进行判断。如两原子的电负性相同，则形子的电负值来进行判断。如两原子的电负性相同，则形成非极性共价键；如成键的两原子电负性不同，则形成成非极性共价键；如成键的两原子电负性不同，则形成极性共价键。电负性差值越大键的极性越大。当成键两极性共价键。电负性差

39、值越大键的极性越大。当成键两原子的电负性相差很大时，便形成离子键。离子键是极原子的电负性相差很大时，便形成离子键。离子键是极性最强的共价键，极性共价键是由离子键到非极性共价性最强的共价键，极性共价键是由离子键到非极性共价键之间的一种过渡类型。键之间的一种过渡类型。键角键角 分子中，键与键之间的夹角。键角决定分子的空分子中，键与键之间的夹角。键角决定分子的空间构型。间构型。3 杂化轨道理论杂化轨道理论（1）杂化轨道理论的要点）杂化轨道理论的要点在形成分子时，同一原子中不同类型能量相近的原子轨道混在形成分子时，同一原子中不同类型能量相近的原子轨道混合起来，组成一组新的原子轨道，这个过程叫杂化，所形

40、成合起来，组成一组新的原子轨道，这个过程叫杂化，所形成的新轨道叫杂化轨道。的新轨道叫杂化轨道。杂化轨道的数目等于参加杂化的原来的原子轨道的数目。杂化轨道的数目等于参加杂化的原来的原子轨道的数目。杂化轨道与原来的原子轨道相比，轨道的形状和能量都发生杂化轨道与原来的原子轨道相比，轨道的形状和能量都发生了变化。了变化。杂化轨道变成了一头大一头小，更易于原子轨道最大程度的杂化轨道变成了一头大一头小，更易于原子轨道最大程度的重叠。重叠。（2）杂化轨道的类型）杂化轨道的类型 sp3杂化杂化CH4的形成的形成sp3杂化几何构型为正杂化几何构型为正四面体，键角四面体，键角109.5 sp2杂化杂化BF3的形成

41、的形成几何构型为平面三角形，键角几何构型为平面三角形，键角120 sp杂化杂化spsp杂化杂化BeC12C1BeC1sp杂化，分子几杂化，分子几何构型为直线形何构型为直线形1 分子的极性分子的极性每个分子都由带正电的原子核和带负电的电子组成，每个分子都由带正电的原子核和带负电的电子组成，正电荷或负电荷的集中点，称为电荷中心。由于正负正电荷或负电荷的集中点，称为电荷中心。由于正负电荷数量相等。所以整个分子是电中性的。电荷数量相等。所以整个分子是电中性的。如果分子的正电荷中心和负电荷中心不重合在同一点如果分子的正电荷中心和负电荷中心不重合在同一点上上,那么分子就具有极性。那么分子就具有极性。第四节

42、第四节 分子的极性、分子间力和氢键分子的极性、分子间力和氢键 双原子分子双原子分子两个相同原子组成的分子，正、负电荷中心重合，不具有两个相同原子组成的分子，正、负电荷中心重合，不具有极性，为非极性分子。极性，为非极性分子。不同原子组成的分子，负电荷中心比正电荷中心更偏向电不同原子组成的分子，负电荷中心比正电荷中心更偏向电负性大的原子，使正、负电荷中心不重合，为极性分子。负性大的原子，使正、负电荷中心不重合，为极性分子。+_HHHClHCl+_即双原子分子，分子的极性取决于键的极性。键有极性即双原子分子，分子的极性取决于键的极性。键有极性, ,分分子一定是极性分子；键没有极性，分子一定是非极性分

43、子子一定是极性分子；键没有极性，分子一定是非极性分子 多原子分子多原子分子分子的极性与键的极性和分子的几何构型有关。极性键分子的极性与键的极性和分子的几何构型有关。极性键组成结构对称的分子为非极性分子；极性键组成结构不组成结构对称的分子为非极性分子；极性键组成结构不对称的分子为极性分子。对称的分子为极性分子。键的极性大小和分子的极性大小都用键距（或偶极矩）键的极性大小和分子的极性大小都用键距（或偶极矩）来表示。来表示。分子中电荷中心的电荷量分子中电荷中心的电荷量( (q) )与正、负电荷中心与正、负电荷中心距离距离( (d) )的乘积。的乘积。=q dd 偶极长度偶极长度; ; 库库米米(Cm

44、)(Cm)=0，非极性；，非极性；，越大越大, , 键键或分子的极性越强。或分子的极性越强。d+q_q2 2 分子间力（范德华力）分子间力（范德华力）分子间力包括色散力，诱导力，取向力分子间力包括色散力，诱导力，取向力+_+ 取向力取向力极性分子相互靠近时，发生定向极化，由固极性分子相互靠近时，发生定向极化，由固有偶极的取向而产生的作用力称为取向力。有偶极的取向而产生的作用力称为取向力。取向力存在于极性分子与极性分子之间，取向力存在于极性分子与极性分子之间，分子的极性越大，取向力越大。分子的极性越大，取向力越大。 诱导力诱导力非极性分子在极性分子固有偶极作用下，发生变形，产非极性分子在极性分子固有偶极作用下，发生变形，产生诱导偶极；极性分子相互靠近时，发生定向极化，也生诱导偶极；极性分子相互靠近时，发生定向极化，也会产生诱导偶极。会产生诱导偶极。诱导偶极与固有偶极之间的作用力称为诱导力。诱导偶极与固有偶极