价键理论-化学工程-董帅

1、价 键 理 论,专业：化 学 工 程 学号：201220700 姓名：董 帅,提 纲,价键理论产生的背景 价键理论基本要点 共价键的特征 共价键的类型 价键理论的应用,价键理论产生的背景,电负性相差较大的原子以离子键形成化合物，为什么电负性相差不大甚至于电负性相同的原子也能形成分子呢？ 为解释这个问题，1916年美国化学家路易斯提出了共价键理论，它认为分子中的原子是通过共用电子对，使成键原子达到稳定的稀有气体结构而成键的。这种原子间靠共用电子对所产生的化学结合力称为共价键。,价键理论产生的背景,路易斯的共价键理论初步揭示了共价键不同于离子键的本质，对分子结构的认识前进了一步，但并没有说明为什么

2、原子间共用电子对会导致生成稳定的分子及共价键的本质。直到1927年，德国科学家海德勒和伦敦应用量子力学原理处理氢分子，才揭示了共价键的本质，开创了现代共价键理论。,提 纲,价键理论产生的背景 价键理论基本要点 共价键的特征 共价键的类型 价键理论的应用,价键理论基本要点,如图，为氢分子两核间的能量曲线。在排斥态，两个氢原子的电子自旋方向相同，两个氢原子的核间电子云密度较小，两个带正电荷的核互相排斥。从虚线部分可以看出，在核间距R为无穷远处E=0，实为孤立的两个氢原子。随着R减小，体系能量E不断上升，不能形成稳定的共价键。,价键理论基本要点,在基态，两个氢原子的电子自旋方向相反 。在两个氢原子的

3、核间电子云密度较大，增加了对两个核的吸引作用。这是由于两个氢原子的1s原子轨道相互叠加，原子轨道重叠越多，形成的共价键越牢固。,价键理论基本要点,从实线部分看，在R0=7.410-11m处有一个极小值，体系的能量最低，这就是氢分子的基态。所以，当两个氢原子接近到平衡距离R0时，可以形成稳定的氢分子。把对H2的研究推广到其他共价键分子中，根据原子轨道重叠的基本观点，逐步发展形成了加减理论。该理论的基本要点是： 具有自旋反向的未成对电子的原子接近时，可因原子轨道的重叠而形成共价键。 一个电子与另一个自旋反向的电子配对成键后，就不能与第三个电子配对成键。 配对电子的原子轨道要尽可能地实现最大重叠，重

4、叠越多，体系能量降得越低，共价键越牢固。,提 纲,价键理论产生的背景 价键理论基本要点 共价键的特征 共价键的类型 价键理论的应用,共价键的特征,饱和性 由于共价键是由未成对的自旋反向电子配对，原子轨道的重叠而形成的，所以一个原子的一个未成对电子只能与另一个未成对电子配对，形成一个共价单键。一个原子有几个未成对电子便可与几个自旋反向的未成对电子配对成键。这就是共价键的饱和性。 方向性 由于共价键要尽可能沿着原子轨道最大重叠的方向形成，这样才能在核间形成一个电子密度较大的区域，使系统能量最低，所以共价键具有方向性。,提纲,价键理论产生的背景 价键理论基本要点 共价键的特征 共价键的类型 价键理论

5、的应用,共价键的类型,根据形成共价键时原子轨道重叠的方向、方式及重叠部分的对称性，共价键可划分为不同的类型，最常见的是键和键。 键 两原子轨道沿键轴（成键原子核连线）方向，以“头碰头”的方式重叠所形成的化学键。键的特点是轨道重叠部分对键轴呈圆柱形对称，其重叠部分集中在键轴周围。而且，重叠最多的部位正好落在键轴上。s-s轨道重叠，s-px轨道重叠，px-px轨道重叠都是键。,共价键的类型,HCl的s-p键的形成 ClCl的p-p键的形成,共价键的类型,键：成键时两原子沿键轴(两个原子核的联线)方向，以“头碰头”的方式发生轨道重叠，轨道重叠的部分呈圆柱形对称。,共价键的类型,键 两个原子轨道沿键轴

6、以“肩并肩”的方式重叠所形成的键。键的特点是轨道重叠部分对包含键轴的平面呈反对称。成键后，电子云有一个通过键轴的对称截面，截面上电子云密度为零，即在键轴上原子轨道的重叠为零。 由于键的电子云不像键那样集中在键轴上，核对电子的束缚力较小，键的能量较高，不够稳定，易参加化学反应。,共价键的类型,N2中p-p键和p-p键的形成过程,键：电子云对一个通过键轴、密度为零的平面呈对称分布。,共价键的类型,共价键饱和性和方向性根源？ 共价键饱和性和方向性根根据价键理论，共价键是原子间通过共用电子对（即电子云的重叠）所形成的化学键。共价键形成的本质就是电子云的重叠，电子云重叠越多，分子越稳定。两个原子的未成对

7、电子，只有自旋相反，才能配对形成一个共价键。所以共价键就具有饱和性和方向性源。,提纲,价键理论产生的背景 价键理论基本要点 共价键的特征 共价键的类型 价键理论的应用,价键理论的应用,经过数十年的发展, 价键理论已成为确定晶体结构的有用工具。由于该理论具有可信性及可行性, 使它广泛地应用于确定冶金材料的晶体结构及相图研究。总结起来, 价键理论已应用于: 轻原子位置的确定 等电离子的区分 快速验证各种结构方案的合理性 晶体结构建模,价键理论的应用,预言键的拓扑关系和键长 用于研究离子导电玻璃中的离子迁移 计算有效原子价, 区分金属的氧化态 可靠地给出导电的通道 推导价键模型的规则及价键模型 确定完整的晶体结构,价键理论的应用,我国的一些科学工作者在价键理论的研究与应用上做出一些出色的工作,