第6章化学键与分子结构(讲授4学时) Chapter 6 Chemical bond molecularstructure 本章教学内容: 离子键与离子化合物。 共价键与分子结构。价键理论。杂化轨道与分子空间构型。 分子间力和氢键。分子的极性,电偶极矩。 本章教学要求: (1)了解共价键的价键理论的基本要点以及共价键的特征、共价键的类型 (2)能联系杂化轨道理论(s→p型)说明一些典型分子的空间构型。 (3)了解分子电偶极矩的概念,能判断分子的极性。 (4)明确分子间力(以及氢键)的本质及特性 本章教学重点: a)H2共价键的形成,价键理论,共价键的特征、类型; b)杂化轨道理论及分子的空间构型 本章习题:P1609,10,11,13,14
34 第 6 章 化学键与分子结构(讲授 4 学时) Chapter 6 Chemical bond & molecular structure 本章教学内容： 离子键与离子化合物。 共价键与分子结构。价键理论。杂化轨道与分子空间构型。 分子间力和氢键。分子的极性，电偶极矩。 本章教学要求： (1)了解共价键的价键理论的基本要点以及共价键的特征、共价键的类型。 (2)能联系杂化轨道理论(s-p 型)说明一些典型分子的空间构型。 (3)了解分子电偶极矩的概念，能判断分子的极性。 (4)明确分子间力(以及氢键)的本质及特性。 本章教学重点： a) H2共价键的形成，价键理论，共价键的特征、类型； b) 杂化轨道理论及分子的空间构型 本章习题： P160 9,10,11,13,14
6.1离子键与离子的结构( Ionic bond and structure of ion) 6.1.1离子键的形成 NaCl分子 1Na(X=1.01)1s22s22p°3s1 17 CI(X=3. 16) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3pe 离子键——正负离子间通过静电作用力而形成的化学键 6.1.2离子键的特征 离子键的本质是静电作用力,只有电负性相差较大的元素之间才能形成离 子键。 离子键无方向性,无饱和性。 离子键是极性键。 电子失去的顺序:np-ns-(n-1)d-(n-2)f 用n+0.41做判据,其数值越大,越易失去电子。 6.1.3各种简单离子构型(负离子 anlon一般仅有外层8电子结构,正离子 cation有外层多种结构) 6.2共价键与分子结构( covalence bond& molecular structure) 6.2.1价键理论( valence bond theory) (1)共价键形成的本质 1)氢分子共价键的形成 1927年, Heitler and London将量子力学成果应用于H分子结构的研究, 使共价键的本质得到初步解决。他们的结果认为:当两个氢原子相互靠近,且它 们的1s电子处于自旋状态反平行时,两个电子才能配对成键;当两个氢原子的
35 6.1 离子键与离子的结构(Ionic bond and structure of ion) 6.1.1 离子键的形成 NaCl 分子 11Na (X=1.01) 1s2 2s2 2p6 3s1 Na+ 1s2 2s2 2p6 17Cl (X=3.16) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 Cl- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 离子键——正负离子间通过静电作用力而形成的化学键。 6.1.2 离子键的特征 ⚫ 离子键的本质是静电作用力，只有电负性相差较大的元素之间才能形成离 子键。 ⚫ 离子键无方向性，无饱和性。 ⚫ 离子键是极性键。 电子失去的顺序:np-ns-(n-1)d-(n-2)f 用 n+0.4l 做判据,其数值越大，越易失去电子。 6.1.3 各种简单离子构型(负离子 anion 一般仅有外层 8 电子结构,正离子 cation 有外层多种结构) 6.2 共价键与分子结构(covalence bond &molecular structure) 6.2.1 价键理论(valence bond theory) （1）共价键形成的本质 1）氢分子共价键的形成 1927 年，Heitler and London 将量子力学成果应用于 H2分子结构的研究, 使共价键的本质得到初步解决。他们的结果认为:当两个氢原子相互靠近，且它 们的 1s 电子处于自旋状态反平行时,两个电子才能配对成键;当两个氢原子的
ls电子处于自旋状态平行时,两电子不能配对成键。 A一一两个ls电子自旋平行(推斥态) ψ-一两个ls电子自旋反向(基态) E/k Es 能量曲线 R/pm 2)共价键的本质一一原子间由于成键电子原子轨道重叠而形成的化学键 3)价键理论基本要点 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—电子配对原理 个电子与另一个自旋反向的电子配对成键后,不能再与第三个电子配对 成键 原子轨道重叠程度越大,共价键越牢固——原子轨道最大重叠原理 (2)共价键的特征 饱和性—一个电子与另一个自旋反向的电子配对后,不能再与第三个电 子配对成键 共价键的饱和性是和离子键相比较而言,离子化合物中正负离子都为 SP结构,其电荷分布呈球形对称,所以,它们可以从各个方向相互接触,并 且尽可能地和异性离子相接触(配位),配位数的多少决定于正负离子的大小
36 1s 电子处于自旋状态平行时,两电子不能配对成键。 ψA——两个 1s 电子自旋平行（推斥态） ψS——两个 1s 电子自旋反向（基态） 2）共价键的本质——原子间由于成键电子原子轨道重叠而形成的化学键。 3）价键理论基本要点 ⚫ 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 ——电子配对原理 ⚫ 一个电子与另一个自旋反向的电子配对成键后，不能再与第三个电子配对 成键 ⚫ 原子轨道重叠程度越大，共价键越牢固——原子轨道最大重叠原理 （2）共价键的特征 ⚫ 饱和性——一个电子与另一个自旋反向的电子配对后，不能再与第三个电 子配对成键 共价键的饱和性是和离子键相比较而言，离子化合物中正负离子都为 S 2 P 6 结构，其电荷分布呈球形对称，所以，它们可以从各个方向相互接触，并 且尽可能地和异性离子相接触（配位），配位数的多少决定于正负离子的大小。 E/kj·mol-1 EA ES 能量曲线 R / pm
●方向性—沿轨道的伸展方向重叠,同号重叠 由于电子运动状态在空间分布是有一定取向的,原子轨道的重叠也是 有一定取向的如N原子有3个未成对电子,其取向分别为p,p,p2。N 分子中的三对电子并不在同一个平面上,而是在X,Y,Z三个互相垂直的 方向。这就是所谓的共价键的方向性 例N2N:1s22s22p3 H2S16S:3s23p4 ↑↓↑↓↑↓ 共价键的极性 极性共价键——成键原子的电负性不同HClH2O 共价键 非极性共价键成键原子的电负性相同H2Cl2 (3)共价键类型
37 ⚫ 方向性——沿轨道的伸展方向重叠，同号重叠。 由于电子运动状态在空间分布是有一定取向的，原子轨道的重叠也是 有一定取向的.如 N 原子有 3 个未成对电子, 其取向分别为 px, py, pz。N2 分子中的三对电子并不在同一个平面上，而是在 X，Y，Z 三个互相垂直的 方向。这就是所谓的共价键的方向性。 ↑↓ ↑↓ ↑↓ 例 N2 7N： 1s2 2s2 2p3 ↑↓ 2px 2py 2pz ↑↓ 2s 1s H2S 16S： 3s2 3p4 ↑↓↑↓ ↑↓ ↑↓ 3px 3py 3pz 3s ⚫ 共价键的极性 极性共价键——成键原子的电负性不同 HCl H2O 共价键 非极性共价键——成键原子的电负性相同 H2 Cl2 （3）共价键类型
O键:头碰头(end- on manner) 丌键:肩并肩( sideways manner) (4)共价键参数 共价键的键能 定义:在298K和100kpa条件下,气态分子断开1mol化学键所需的能量。 ●键能是一个平均值 例H2O:OH的键能H2O(g)=H(g)+OH(g)E=502kj·mol OH(g)=h(g)+O(g) E=426kj.mol-I O-H:E=465ki·mo 应用键能可以估算化学反应的能量变化 6.2.2杂化轨道( hybridization orbita1)与分子的空间构型 价键理论成功地解释了许多共价键分子的形成,阐明了共价键的本质及特 征。但在解释许多分子的空间结构方面遇到了困难。 Pauling and Slater从电 子具有波动性,电子波可以叠加的观点出发提出了杂化轨道理论,进一步发展 了价键理论。 (1)杂化轨道理论基本要点: 在共价键的形成过程中,同一原子中能量相近的若干不同类型的原子轨道 可以”混合”起来,重新组合形成一组成键能力更强的新的原子轨道。过程称 为原子轨道的杂化。所组成的新的原子轨道称为杂化轨道 注意:杂化过程中 1)能量相近的轨道杂化 2)杂化后轨道数目不变 3)杂化发生在分子形成过程中,单个原子不发生杂化
38 键:头碰头(end-on manner) 键:肩并肩(sideways manner) （4）共价键参数 共价键的键能 定义：在 298K 和 100kpa 条件下，气态分子断开 1mol 化学键所需的能量。 ⚫ 键能是一个平均值 例 H2O：O-H 的键能 H2O(g) = H (g) + OH (g) E = 502kj·mol-1 OH(g) = H（g）+ O (g) E = 426kj·mol-1 O-H： E = 465kj·mol-1 ⚫ 应用键能可以估算化学反应的能量变化 6.2.2 杂化轨道(hybridization orbital)与分子的空间构型 价键理论成功地解释了许多共价键分子的形成，阐明了共价键的本质及特 征。但在解释许多分子的空间结构方面遇到了困难。Pauling and Slater 从电 子具有波动性，电子波可以叠加的观点出发提出了杂化轨道理论，进一步发展 了价键理论。 （1）杂化轨道理论基本要点： 在共价键的形成过程中，同一原子中能量相近的若干不同类型的原子轨道 可以”混合”起来，重新组合形成一组成键能力更强的新的原子轨道。过程称 为原子轨道的杂化。所组成的新的原子轨道称为杂化轨道. 注意：杂化过程中; 1）能量相近的轨道杂化； 2）杂化后轨道数目不变; 3）杂化发生在分子形成过程中，单个原子不发生杂化