物质结构基础-化学键与分子结构（应用化学课件）

共价键的键型：σ键和π键σs-sσ键和π键根据原子轨道重叠方式，将共价键分为

σ键和

π键。（1）σ键原子轨道沿两原子核的连线（键轴），以“头碰头”方式重叠，重叠部分集中于两核之间，通过并对称于键轴，这种键称为

σ键。例如H-H键σs-pσp-p例如H—Cl键Cl—Cl键zzxyyπpz-pz（2）π键：原子轨道垂直于两核连线，以“肩并肩”方式重叠，重叠部分在键轴的两侧并对称于与键轴垂直的平面，这样形成的键称为π键，形成π键的电子称为π电子。通常π键形成时原子轨道重叠程度小于σ键，故π键没有σ键稳定。当两原子间形成双键或叁键时，既有σ键又有π键。例如N2分子：N原子的价层电子构型是2s22p3

小结：1、σ键的形成及特点2、π键的形成及特点共价键的形成及其特征共价键的形成及其特征共用电子对●●共价键概念最早由美国化学家路易斯（LewisGN）于1916年提出。他认为在H2、O2、N2等分子中，两个原子由于共用电子对吸引两个相同的原子核而结合在一起，电子成对并共用后，每个原子都可达到稳定的稀有气体原子的8电子结构。1.共价键的形成

共价键——原子间通过共用电子对（或电子云重叠）所形成的化学键。以氢分子为例：H+H→H2常用一根短线表示一对共用电子，氢分子又可表示为

H—H图a图b2.价键理论要点1930年美国化学家鲍林把应用量子力学研究H2分子的结果，推广到其它分子体系，从而发展为价键理论：（1）电子配对原理——两原子接近时，自旋方向相反的未成对的价电子可以配对，形成共价键。例如，H2分子的形成可表示为：H↓+H↑

→H↑↓H或简写成H∶H或H—H（2）最大重叠原理——成键电子的原子轨道如能重叠越多，形成的共价键越牢固。3.共价键的特征（1）饱和性

电子配对原理可推知，一个原子有几个未成对电子，一般就只能和几个自旋方向相反的电子配对成键，说明一个原子形成共价键的能力是有限的，这就决定了共价键具有饱和性。

以HCl分子为例：Cl：1s22s22p63s23p5，3p轨道中只有一个未成对电子，和一个H原子中自旋方向相反的未成对电子配对，形成一个共价键，即H—Cl

（2）方向性

从最大重叠原理可推知，成键电子的原子轨道只有沿轨道伸展方向进行重叠（s轨道除外），才会有最大重叠，所以有方向性，如s轨道和p轨道的重叠：

小结：1.共价键的形成2.价键理论要点3.共价键的特征非极性共价键和极性共价键、原子晶体非极性共价键和极性共价键根据共价键的共用电子对偏向情况，可分为极性共价键和非极性共价键（简称为极性键和非极性键）。由同种原子组成的共价键，如单质分子H2、O2、N2、Cl2等分子中的共价键，由于元素的电负性相同，成键电子云在两核中间均匀分布（并无偏向），这种键叫做非极性共价键。另一些共价键由不同元素的原子形成的，元素的电负性不同，对共用电子对的吸引能力也不同，所以共用电子对偏向电负性较大的元素原子，致使电负性较大的元素原子一端电子云密度大，带上部分负电荷而显负电性；电负性较小的元素原子一端，则显正电性。于是在共价键的两端出现了正极和负极，这样的共价键称为极性共价键。化合物如HCl、H2O、NH3、CH4、H2S等分子中的共价键键极性的大小，通常可用成键的两元素电负性差值（∆x）来衡量。∆x值越大，键的极性越强；∆x越小，键的极性越弱。离子键可看作极性共价键的一个极端，而非极性共价键则是极性共价键的另一个极端。显然，极性共价键是非极性共价键与离子键之间的过渡键型。HHHI:HBr:HCl:HF:NaF:¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨△χ2.1-2.1=02.5-2.1=0.42.8-2.1=0.73.0-2.1=0.94.0-2.1=1.94.0-0.9=3.1非极性键极性键

离子键Na+Cl-电负性差值越大键的极性越强，原子晶体原子之间以共价键结合形成的晶体，称为原子晶体。结构特征：原子晶体的晶格结点上是中性原子。性质：由于共价键结合力强，所以原子晶体熔点高，硬度大，熔融不导电。如金刚石、金刚砂等。

属原子晶体的物质为数不多例如C、Si

、SiO2、SiC、B4C、BN、AlN等。

小结：1、非极性共价键和极性共价键2、原子晶体及其结构特征和性质键参数

键参数凡能表征共价键性质的物理量都称为键参数。（1）键长（l）键长（l）——分子内成键两原子核间的平衡距离（即核间距）。单位为pm（皮米）。

键长（l）可用X射线衍射方法精确地测定。例如：H—H键长0.74×10–10 m，C—C键长1.54×10–10 m一般来说，两个原子之间所形成的键越短，键就越牢固，不易断裂。（2）键能（E）H

+

H

===

H2

+

432kJ

由上式可知，2molH原子结成1 molH2分子，要放出432 kJ热。相反，要使1 mol H2分子分裂为2 mol H原子，即断开H—H键，需要吸收432 kJ的能量，这个能量就是H—H键的键能。定义为：在一定的温度和标准压力下，断裂1 mol气态分子的化学键，使它成为气态原子或原子团时所需要的能量，称为键能，可用符号E表示，单位为kJmol–1。对于双原子分子，键能在数值上等于键离解能（D），如H—H键，O—O键；对于AmB和ABn型的多原子分子所指的是m个或n个等价键的离解能的平均值，如CO2、AlO3等。化学键键能越大，表示化学键越牢固，断裂该键所需要的能量越大，含有该键的分子越稳定。键能可以作为共价键牢固程度的参数。越牢固，断裂该键所需要的能量越大，含有该键的分子越稳定。故键能可以作为共价键牢固程度的参数。键键长l/pm键能E/kJmol–1键键长l/pm键能E/kJmol–1H—H74432C—H109414C—C154347C—N147305134611C—O143360120837121736N—N145159C—Cl177326O—O148142N—H101389F—F128158O—H96464Cl—Cl199244S—H136368Br—Br228192110946I—I267150S—S205264

非金属元素的单质分子都是以共价键结合成的。如氯分子的形成和氢分子相似，某些共价键的键长和键能（3）键角

键角——分子中两个相邻化学键间的夹角。它可用分子光谱或X射线衍射法测得。键角是反映分子几何构型的重要因素之一。直线形

正四面体形′三角锥形′V形′如知道某分子内全部化学键的键长和键角数据，则可得分子的几何构型。

键参数小结：1、键长2、键能3、键角金属键和金属晶体1.金属键自由电子理论金属键和金属晶体金属离子和原子沉浸在自由电子的海洋中，金属键无方向性和饱和性。++++++++++++在金属中排列着大量显正性的离子和原子，在这些正离子和原子之间，存在着从原子上脱落下来的电子。这些电子不是固定，而是被许多原子或离子所共用，能够在离子晶格中相对自由地运动，处于非定域状态，称为自由电子。众多原子或离子被自由电子“胶合”在一起，形成金属键。2.金属晶体定义：晶体内部以金属键结合，在晶格结点上排列着金属离子和原子所形成的晶体称为金属晶体。晶格结点上的质点—金属原子或正离子质点间的作用力—金属键等径球的密堆积。3.金属晶体的特点：

①电、热的良导体—自由电子在外电压的作用下，自由电子可以定向移动，导电性受热时通过自由电子的碰撞及其与金属离子之间的碰撞，传递能量，故金属是热的良导体。

②良好的延展性—离域键

③密度大——金属离子和原子密堆积④金属光泽——电子吸收可见光后再发射出来金属可以吸收波长范围极广的光，并重新反射出来，因此金属晶体不透明，且具有金属光泽⑤熔、沸点、硬度较高，并且差别较大

一般来说金属单电子多时，金属键强，熔点高，硬度大。如W熔点达到3400℃，Re熔点3180℃。而金属K和Na单电子少，金属键弱，熔点低，硬度小。K熔点63℃，Na熔点98℃。

小结：

1.金属键的形成及其特征

2.金属晶体的定义及其特征离子键

分子结构通常包括两个方面：（1）化学键—分子或晶体内相邻原子或离子间强烈的相互作用，大致可分为离子键、共价键和金属键三种基本类型。此外，分子间还普遍存在着一种较弱的相互吸引作用，称分子间力，有时分子间或分子内的某些基团间还可能形成氢键。（2）分子的空间构型，分子中的原子按照一定的规律结合成整体，使分子在空间呈现一定的几何形状（称几何构型）。化学键与分子结构

离子键1.离子键的形成1、离子键的形成

电负性相差较大（△x＞1.7）的两个元素的原子相遇时，就会发生电子的转移而形成正、负离子。 · ·· ·· Na·+:Cl· →Na+[:Cl:] ·· ··离子键：由正、负离子间通过静电作用而形成的化学键。离子键形成的化合物为离子型化合物。正负离子之间除了静电吸引力之外，还存在外层的电子之间和原子核之间的相互排斥作用。因此，只有达到某一距离，吸引力和排斥力相等，体系能量达到最低，此时，才能形成相对稳定的离子键。离子键的特征：（1）离子键的本质是静电作用（2）离子键没有方向性（电荷球形对称分布）（3）离子键没有饱和性（空间许可）活泼金属（如钾、钠、钙、镁等）与活泼非金属（如氯、溴、氧、硫等）化合时，都能形成离子键。例如，氧化镁、溴化钾等都由离子键所形成。2、离子键的特征

小结：1、离子键的形成2、离子键的定义3、离子键的特征离子晶体离子晶体质点（分子、离子、原子）在空间有规则地排列、具有整齐外形，以多面体存在的固体物质，叫做晶体。（1）晶体的特征第一，晶体拥有整齐规则的几何外形。第二，晶体拥有固定的熔点，在熔化过程中，温度始终保持不变。第三，晶体有各向异性的特点（晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。）组成晶体的质点在空间呈有规则的排列，且每隔一定间距便重复出现，有明显的周期性。这种排列状态或点阵结构在结晶学上称为结晶格子，简称晶格。晶格中最小的重复单位或者说能体现晶格一切特征的最小单位称为晶胞。NaCI型离子晶体的特点：1.硬度较大，密度较大，难于压缩，难于挥发，有较高的熔点和沸点的特点。2.硬度较大，质脆，延展性差；3.易溶于水，水溶液及熔融态易导电；（2）离子晶体及其特点以离子键结合的化合物称为离子化合物。离子化合物在室温下以离子晶体形式存在。由阴、阳离子按一定规律在晶格结点上排列形成的晶体称为离子晶体。（3）离子晶体的类型离子晶体中，正负离子在空间的排布情况不同，离子晶体的空间结构也不同。对于简单的AB型离子化合物来说，有以下三种典型的晶体结构类型：第一，NaCl型晶体晶格:面心立方配位比:6:6晶胞中离子的个数:此外，LiF，CsF等晶体属于NaCl型