第十章简化-共价键与分子间力

第十章共价键与分子间力教学基本要求：掌握现代价键理论要点和σ键、π键的特征杂化轨道理论基本要点，sp型，sp2型，sp3型杂化特征，等性、不等性杂化概念及应用掌握分子间力类型、特点、产生原因；氢键形成条件、特征、应用。了解键参数化学键(chemicalbond)：分子或晶体中相邻两原子或离子间的强烈作用力，成键能量约为几十到几百千焦每摩。chemicalbond共价键离子键金属键正常共价键配位共价键

路易斯理论Lewis认为，分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势，求得本身的稳定。达到这种结构，可以不通过电子转移形成离子和离子键来完成，而是通过共用电子对来实现。

如＋ClClHH

Lewis理论的贡献：①提出了一种不同于离子键的新键型，②解释了x

比较小的元素之间原子的成键事实。第一节现代价键理论氢分子的形成

1926年Heitler

和London

用量子力学研究氢分子的形成，解释共价键的本质。两氢原子靠近，原子轨道重叠，核间电子云密度增大，系统能量降低，核间距达74pm(理论值87pm）时形成稳定共价键。两个氢原子的电子自旋相反，轨道才能重叠成键，称为氢分子的基态(groundstate)。电子自旋方向相同时，轨道重叠部分的波函数ψ值相减，互相抵消，核间电子的概率密度几乎为零，称为氢分子的排斥态(repulsionstate)。共价键的本质是电性的，是两核间的电子云密集区对两核的吸引力。

现代价键理论两个原子自旋相反的单电子配对，原子轨道重叠，核间电子云密集，系统能量降低，形成稳定的共价键。已键合的电子不能再形成新的化学键；成键电子的原子轨道要在对称性匹配的条件下发生最大程度重叠。共价键的特性方向性：两成键原子总是沿着原子轨道最大重叠的方向成键。饱和性：一个原子有几个成单电子，就可以与几个自旋相反的电子配对，形成几个共价键。HCl分子形成时，图(a)为最大重叠共价键的类型

σ键按成键重叠方式：

π键正常共价键按电子对来源：

配位共价键

σ键和π键σ键：原子轨道沿键轴（成键核间连线，设为x轴）以“头碰头”方式进行重叠，重叠部分沿键轴呈圆柱形对称分布，形成σ共价键。如s-s、s-px

和px-px

轨道重叠。

σ键：例

σ键特点：σ键可单独存在于两原子间，是构成分子的骨架，两原子间只可能有1个σ键。一般地，p-p重叠形成σ键（记为σp-p）比s-s重叠形成σ键（记为σs-s）牢固。

π键：

互相平行的py或pz轨道则以“肩并肩”

方式进行重叠，重叠部分垂直于键轴并呈镜面反对称。

π键：例N2p-d

键d-d

键π键特点：π键较易断开，化学活泼性强。一般它是与σ键共存于具有双键或叁键的分子中。

键

、π键的差别σ键的轨道重叠程度比π键的轨道重叠程度大，因而σ键比π键牢固。所有的单键均为σ键双键：一个σ键，一个π键叁键：一个σ键，两个π键例：N2N≡N一个σ键，两个π键

C2H45五个σ键，1个π键

小结：第二节杂化轨道理论价键理论说明了共价键的形成，解释了共价键的方向性和饱和性，但阐明多原子分子的空间构型却遇到困难。PaulingL等人在价键理论的基础上提出了杂化轨道理论（hybridorbitaltheory）。杂化轨道理论实质上仍属于现代价键理论，但在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了价键理论。杂化轨道理论的要点在形成分子时，原子中能量相近的几个原子轨道重新组合而形成一组新的原子轨道，这一过程称为杂化，形成的新轨道称为杂化轨道；杂化轨道数目等于参与杂化的原子轨道数目；轨道杂化增强原子轨道的成键能力；杂化轨道形状一头大一头小的葫芦型杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，使相互间的排斥能最小，故形成的键较稳定。不同类型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后所形成的分子就具有不同的空间构型。杂化轨道类型及实例分析sp型杂化

sp杂化AB2molecules:BeCl2Be:2s2

sp2杂化

AB3molecules:BF3B:2s22p1

sp3杂化

AB4molecules:CH4C:2s22p2

sp型的三种杂化杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道1个s+1个p1个s+2个p1个s+3个p杂化轨道数2个sp杂化轨道3个sp2杂化轨道4个sp3杂化轨道杂化轨道间夹角180o120o109o28′空间构型直

线正三角形正四面体实

例BeCl2，C2H2BF3,BCl3CH4，CCl42.等性杂化和不等性杂化等性杂化:

各个杂化轨道的形状和能量完全相同。杂化轨道spsp2sp3s成分1/21/31/4p成分1/22/33/4不等性杂化：

参与杂化的原子轨道中存在孤对电子，则形成的杂化轨道的形状和能量不完全相同。

sp3杂化为例电子对类型孤电子对成键电子对s成分>1/4<1/4p成分<3/4>3/4NH3参与杂化但不成键H2O参与杂化但不成键NH3H2O第五节分子间作用力一、分子的极性与分子的极化

1．分子的极性与键的极性分子的极性键的极性分类1、极性分子2、非极性分子1、极性共价键2、非极性共价键联系双原子分子两者统一多原子分子两者不一定统一（与电负性和分子空间构型有关）量度电偶极矩电负性差2．电偶极矩

μ＝q·d

电偶极矩为零的分子是非极性分子，电偶极矩愈大表示分子的极性愈强。

非极性分子μ=0①分子中键均为非极性键②有极性键,但分子结构对称极性分子分子结构不对称μ>0+-+-OHHOcO180.3．分子的极化分子内正负电荷重心发生相对位移的过程。二、vanderWaals力

取向力orientationforce极性分子相互作用诱导力inductionforce

极性分子和非极性分子相互作用

色散力

dispersionforce瞬间偶极诱使邻近分子极化

vanderWaals力的特点：

它是静电引力，作用能比化学键小1～2个数量级；它的作用范围只有几十到几百pm；它不具有方向性和饱和性；大多数分子色散力为主。vanderWaals力的分布取向力诱导力色散力非极性分子之间√极性分子和非极性分子之间√√极性分子之间√√√例题取向力诱导力色散力CO2(g)无无有

He,H2O无有有CH3OH,H2O有有有HBr

气体有有有I2,CCl4

无无有

三、氢键（hydrogenbond）氢键的形成条件X—H···YX，Y=F、O、N（虚线所示为氢键）

X：电负性大、半径小

Y：电负性大、半径小，外层有孤对电子氢键的特点氢键的键能化学键弱得多，一般在42kJ·mol-1

以下，它比但比vanderWaals力强。氢键具有饱和性和方向性。饱和性是共价键H原子通常只能形成1个氢键；方向性是以H原子为中心的3个原子X－H···Y尽