共价键与分子作用力
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H
Cl
δ+
δ-
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第一节 离子键
第五节 分子间作用力一 、共价分子的极性和极化
双原子分子的极性与键的极性一致，即同核双原子分子如H2、O2是非极性键也是非极性分子，异核双原子分子如HCl、HF是极性键也是极性分子。 多原子分子的极性不仅与键的极性有关，也与分子构型有关。CO2、CH4是非极性分子，SO2 、NH3为极性分子。
第12页/共94页
二、现代价键理论要点
（二）共价键的饱和性和方向性
成键时原子轨道只有沿一定方向接近，才能达到最大重叠，才能形成共价键
第13页/共94页
键:
键:
对键轴呈圆柱形对称(头碰头)
对键轴所在的某一特定平面具反对称性(肩并肩)
电子:形成 键的电子.
电子:形成 键的电子.
(一) sp杂化:
BeCl2 :
Be
Cl
Cl
第38页/共94页
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
两个sp杂化轨道:
第39页/共94页
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
BeCl2
第40页/共94页
第一节 离子键
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
(二) ｓp2杂化:
BF3 :
第41页/共94页
第10页/共94页
二、现代价键理论要点
（一）共价键的形成 共价键形成的条件 一是成键两原子各有自旋相反的单电子，可互相配对形成共价键。 二是单电子所处的两原子轨道互相重叠形成共价键。
第11页/共94页
二、现代价键理论要点
（二）共价键的饱和性和方向性饱和性 两原子自旋相反的单电子配对之后，不能再与第三个原子的单电子配对成键，这称为共价键的饱和性。方向性 两原子轨道重叠越多，两核间电子云越密集，则系统能量降低越多，所形成的共价键越牢固，这称为原子轨道最大重叠理。
The covalent bond holding a molecule together is an intramolecular force.
第55页/共94页
第一节 离子键
分子间作用力
一 、共价分子的极性和极化（一）极性分子与非极性分子 每个分子都可看成由带正电的原子核和带负电的电子所组成的系统。整个分子是电中性的，但从分子内部电荷的分布看，可认为正负电荷各集中于一点，叫电荷重心。若正、负电荷重心重合称为非极性分子，不重合称为极性分子。
第一节 离子键
杂化轨道理论一、 杂化轨道理论的要点
3. 杂化轨道之间尽可能取最大夹角分布，形成相互排斥能最小的杂化轨道构型。杂化类型不同，杂化轨道构型也不相同，由此即可解释分子空间构型。4. 杂化分为等性杂化和不等性杂化。
第37页/共94页
第一节 离子键
杂化轨道理论
二、原子轨道杂化类型及实例
127
432
I－I
267
151
C－H
109
414
H－Br
141
366
C－C
154
346
N－H
101
389
H－I
161
298
C＝C
134
602
O－H
96
464
F－F
141
159
C≡C
120
835
S－H
134
368
第29页/共94页
二、现代价键理论要点
（四）共价键的参数
4.共价键的极性共价键共用电子对是否偏移分类
第2页/共94页
Ionic Bond: One Big Greedy Thief Dog!
第3页/共94页
Covalent Bonds
第4页/共94页
Covalent Bonds: willing to share
第5页/共94页
经典共价键电子理论
第6页/共94页
经典共价键电子理论
第7页/共94页
第一节 离子键
现代价键理论
经典共价键电子理论
该理论认为两个或多个原子可以相互“共用”一对或多对电子，以便达到路易斯结构，而生成稳定的分子。
H· + ·H → H∶H 或H－H
但不能解释一些分子的中心原子最外层电子数少于或多于8个仍能稳定存在的事实。
第8页/共94页
一、氢分子形成和共价键的本质
第35页/共94页
第一节 离子键
杂化轨道理论一、 杂化轨道理论的要点
2. 杂化轨道形状不同于原轨道形状，杂化轨道的角度分布变得一头大一头小，更有利于最大重叠，成键能力增强。而且原子轨道杂化过程中所需要的能量可由杂化轨道形成共价键时所释放的能量来补偿且有余，形成的分子更加稳定。
第36页/共94页
第58页/共94页
第一节 离子键
分子间作用力一 、共价分子的极性和极化
分子的极性可用电偶极矩μ来衡量。它是分子中正、负电荷中心的距离 d 与正或负电荷中心上的电量 q 的乘积，即 μ= q·d ，单位为10-30 C·m 。 μ= 0的分子为非极性分子。 μ≠0的分子为极性分子。 μ越大，分子极性越大
第一节 离子键
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
三个sp2杂化轨道:
第42页/共94页
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
第43页/共94页
第一节 离子键
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
(三) sp3杂化:
第44页/共94页
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
第45页/共94页
第21页/共94页
二、现代价键理论要点
（三）共价键的类型
成键原子一方有孤对电子，另一方有空轨道.
特殊共价键: 配位共价键
形成条件：
例：
第22页/共94页
二、现代价键理论要点
（四）共价键的参数 表征共价键特征的物理量称为共价键参数。 如键长、键角、键能和键的极性。
１ 键长
第23页/共94页
二、现代价键理论要点
第52页/共94页
分子间作用力
第53页/共94页
The phase transitions indicate that there are intermolecular forces between molecules
第54页/共94页
Inter- vs. Intramolecular Forces
第17页/共94页
二、现代价键理论要点
（三）共价键的类型
“p-p” σ键
第18页/共94页
二、现代价键理论要点]
（三）共价键的类型
“p-p” π键
第19页/共94页
二、现代价键理论要点
（三）共价键的类型
N 2分子中的σ键和π键示意图
第20页/共94页
Keep in mind
The shape of a molecule is determined only by the orbitals forming σbonds (the σbond framework)Note that only one of the bonds in a multiple bond is a σ bond; the others are π bonds one π bond in a double bond and two in a triple bond.
第一节 离子键
化学键：在分子和晶体中，直接相邻的原子或离子之间的强烈的相互作用。 1.离子键 2.共价键 3.金属键 分子间作用力: 分子与分子之间比较弱的相互作用力 1. 范德华力 2. 氢键
第六章 2.共价键和分子间作用力
第1页/共94页
Valence electron transfer leads to an ionic bond
（三）共价键的类型 按原子轨道重叠方式不同 共价键分为σ键、π键。
二、现代价键理论要点
第14页/共94页
二、现代价键理论要点
（三）共价键的类型
第15页/共94页
二、现代价键理论要点
（三）共价键的类型
“s-s” σ键
第16页/共94页
二、现代价键理论要点
（三）共价键的类型
“s-p” σ键
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
第49页/共94页
第一节 离子键
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
杂化轨道的类型与分子的空间构型
Be(ⅡA) Hg(ⅡB)
B(ⅢA)
C,Si(ⅣA)
N,P(ⅤA)
O,S(ⅥA)
第50页/共94页
第51页/共94页
Determine hybridization of the central atom?
109 109º28’
第24页/共94页
第25页/共94页
分子空间构型由键角、键长决定
第26页/共94页
BF3
CH4
PCl5
SF6
分子空间构型由键角、键长决定
第27页/共94页
二、现代价键理论要点
（四）共价键的参数
３．键能 在一定温度和标准压下断裂 1mol 化学键所需要的能量。共价键强弱的量度。 一般键能越大，共价键强度越大。 成键时放出能量，断键时吸收能量。
第28页/共94页
二、现代价键理论要点
（四）共价键的参数
一些共价键的键长和键能
共价键
l/pm
E/kJ·mol-1
共价键
l/pm
E/kJ·mol-1
共价键
l/pm
E/kJ·mol-1
H－H
74
436
Cl－Cl
199
243
N－N
145
159
H－F
92
570
Br－Br
228
193
N≡N
110
946
H－Cl
(一) 氢分子的形成
两个氢原子接近时的能量变化曲线
r/pm
74.1
E/kJ·mol-1
氢分子的 两种状态
第9页/共94页
一、氢分子形成和共价键的本质
(二) 共价键的本质
可见共价键的本质是两原子轨道重叠，成键原子共享配对电子，电子云密集区把两个带正电荷的原子核吸引在一起而形成稳定的共价分子。
CCl4 and CH3Cl
NH3 and NH4+
BF3 and PCl3
sp3Tetrahedral
sp3 anamorphic Tetrahedral
sp3 Trigonal pyramidal
sp3 Tetrahedral
sp2Trigonal planar
sp3 Trigonal pyramidal
（四）共价键的参数
键角是同一个原子形成的相邻两个键间的夹角。分子构型由键角、键长决定。
２.键角
分子式/pm 键角
H2SCO2NH3CH4
134 92º
角型
116.2 180º
直线型
三角锥型
正四面体型
101 107º18’
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
第46页/共94页
第一节 离子键
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
(四) 不等性sp3杂化:
∠HNH=107º18'
第47页/共94页
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
H2O:
O
H
H
∠HOH=104º30'
第48页/共94页
第32页/共94页
分子式/pm 键角
H2SCO2NH3CH4
134 92º
角型
116.2 180º
直线型
三角锥型
正四面体型
101 107º18’
109 109º28’
1)极性键
2)非极性键:
强极性键:
弱极性键:
如H2O,HCl中的共价键
如H2S,HI中的共价键
如N2,H2中的共价键
第30页/共94页
Covalent Bonds: willing to share
第31页/共94页
Example: Covalent Bonding in H2S
S atomic number is 16
第33页/共94页
第一节 离子键
杂化轨道理论
为了从理论上说明分子构型，1931年美国化学家鲍林(L.Pauling) 等人以价键理论为基础，根据电子具有波动性、波可以叠加的原理，提出了杂化轨道理论 。
第34页/共94页
第一节 离子键
杂化轨道理论
一、 杂化轨道理论的要点 形成分子时，因原子之间的相互影响，同一原子内能量相近的不同类型的 n 个价原子轨道混合（杂化），重新分配能量和确定空间方向，形成 n 个新原子轨道 — 杂化轨道(hybrid orbital)。
第59页/共94页
第60页/共94页
The Polarity of Polyatomic Molecules
第61页/共94页
第62页/共94页
第一节 离子键
分子间作用力一 、共价分子的极性和极化
（二）分子的极化 在外电场作用下，无论是极性分子还是非极性分子都会发生变形，变形分子中电子云与原子核出现相对位移，使非极性分子产生诱导偶极、使极性分子的电偶极矩增大，这种现象称为分子的极化。
H
Cl
δ+
δ-
第57页/共94页
第一节 离子键
第五节 分子间作用力一 、共价分子的极性和极化
双原子分子的极性与键的极性一致，即同核双原子分子如H2、O2是非极性键也是非极性分子，异核双原子分子如HCl、HF是极性键也是极性分子。 多原子分子的极性不仅与键的极性有关，也与分子构型有关。CO2、CH4是非极性分子，SO2 、NH3为极性分子。
第12页/共94页
二、现代价键理论要点
（二）共价键的饱和性和方向性
成键时原子轨道只有沿一定方向接近，才能达到最大重叠，才能形成共价键
第13页/共94页
键:
键:
对键轴呈圆柱形对称(头碰头)
对键轴所在的某一特定平面具反对称性(肩并肩)
电子:形成 键的电子.
电子:形成 键的电子.
(一) sp杂化:
BeCl2 :
Be
Cl
Cl
第38页/共94页
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
两个sp杂化轨道:
第39页/共94页
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
BeCl2
第40页/共94页
第一节 离子键
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
(二) ｓp2杂化:
BF3 :
第41页/共94页
第10页/共94页
二、现代价键理论要点
（一）共价键的形成 共价键形成的条件 一是成键两原子各有自旋相反的单电子，可互相配对形成共价键。 二是单电子所处的两原子轨道互相重叠形成共价键。
第11页/共94页
二、现代价键理论要点
（二）共价键的饱和性和方向性饱和性 两原子自旋相反的单电子配对之后，不能再与第三个原子的单电子配对成键，这称为共价键的饱和性。方向性 两原子轨道重叠越多，两核间电子云越密集，则系统能量降低越多，所形成的共价键越牢固，这称为原子轨道最大重叠理。
The covalent bond holding a molecule together is an intramolecular force.
第55页/共94页
第一节 离子键
分子间作用力
一 、共价分子的极性和极化（一）极性分子与非极性分子 每个分子都可看成由带正电的原子核和带负电的电子所组成的系统。整个分子是电中性的，但从分子内部电荷的分布看，可认为正负电荷各集中于一点，叫电荷重心。若正、负电荷重心重合称为非极性分子，不重合称为极性分子。
第一节 离子键
杂化轨道理论一、 杂化轨道理论的要点
3. 杂化轨道之间尽可能取最大夹角分布，形成相互排斥能最小的杂化轨道构型。杂化类型不同，杂化轨道构型也不相同，由此即可解释分子空间构型。4. 杂化分为等性杂化和不等性杂化。
第37页/共94页
第一节 离子键
杂化轨道理论
二、原子轨道杂化类型及实例
127
432
I－I
267
151
C－H
109
414
H－Br
141
366
C－C
154
346
N－H
101
389
H－I
161
298
C＝C
134
602
O－H
96
464
F－F
141
159
C≡C
120
835
S－H
134
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第29页/共94页
二、现代价键理论要点
（四）共价键的参数
4.共价键的极性共价键共用电子对是否偏移分类
第2页/共94页
Ionic Bond: One Big Greedy Thief Dog!
第3页/共94页
Covalent Bonds
第4页/共94页
Covalent Bonds: willing to share
第5页/共94页
经典共价键电子理论
第6页/共94页
经典共价键电子理论
第7页/共94页
第一节 离子键
现代价键理论
经典共价键电子理论
该理论认为两个或多个原子可以相互“共用”一对或多对电子，以便达到路易斯结构，而生成稳定的分子。
H· + ·H → H∶H 或H－H
但不能解释一些分子的中心原子最外层电子数少于或多于8个仍能稳定存在的事实。
第8页/共94页
一、氢分子形成和共价键的本质
第35页/共94页
第一节 离子键
杂化轨道理论一、 杂化轨道理论的要点
2. 杂化轨道形状不同于原轨道形状，杂化轨道的角度分布变得一头大一头小，更有利于最大重叠，成键能力增强。而且原子轨道杂化过程中所需要的能量可由杂化轨道形成共价键时所释放的能量来补偿且有余，形成的分子更加稳定。
第36页/共94页
第58页/共94页
第一节 离子键
分子间作用力一 、共价分子的极性和极化
分子的极性可用电偶极矩μ来衡量。它是分子中正、负电荷中心的距离 d 与正或负电荷中心上的电量 q 的乘积，即 μ= q·d ，单位为10-30 C·m 。 μ= 0的分子为非极性分子。 μ≠0的分子为极性分子。 μ越大，分子极性越大
第一节 离子键
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
三个sp2杂化轨道:
第42页/共94页
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
第43页/共94页
第一节 离子键
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
(三) sp3杂化:
第44页/共94页
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
第45页/共94页
第21页/共94页
二、现代价键理论要点
（三）共价键的类型
成键原子一方有孤对电子，另一方有空轨道.
特殊共价键: 配位共价键
形成条件：
例：
第22页/共94页
二、现代价键理论要点
（四）共价键的参数 表征共价键特征的物理量称为共价键参数。 如键长、键角、键能和键的极性。
１ 键长
第23页/共94页
二、现代价键理论要点
第52页/共94页
分子间作用力
第53页/共94页
The phase transitions indicate that there are intermolecular forces between molecules
第54页/共94页
Inter- vs. Intramolecular Forces
第17页/共94页
二、现代价键理论要点
（三）共价键的类型
“p-p” σ键
第18页/共94页
二、现代价键理论要点]
（三）共价键的类型
“p-p” π键
第19页/共94页
二、现代价键理论要点
（三）共价键的类型
N 2分子中的σ键和π键示意图
第20页/共94页
Keep in mind
The shape of a molecule is determined only by the orbitals forming σbonds (the σbond framework)Note that only one of the bonds in a multiple bond is a σ bond; the others are π bonds one π bond in a double bond and two in a triple bond.
第一节 离子键
化学键：在分子和晶体中，直接相邻的原子或离子之间的强烈的相互作用。 1.离子键 2.共价键 3.金属键 分子间作用力: 分子与分子之间比较弱的相互作用力 1. 范德华力 2. 氢键
第六章 2.共价键和分子间作用力
第1页/共94页
Valence electron transfer leads to an ionic bond
（三）共价键的类型 按原子轨道重叠方式不同 共价键分为σ键、π键。
二、现代价键理论要点
第14页/共94页
二、现代价键理论要点
（三）共价键的类型
第15页/共94页
二、现代价键理论要点
（三）共价键的类型
“s-s” σ键
第16页/共94页
二、现代价键理论要点
（三）共价键的类型
“s-p” σ键
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
第49页/共94页
第一节 离子键
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
杂化轨道的类型与分子的空间构型
Be(ⅡA) Hg(ⅡB)
B(ⅢA)
C,Si(ⅣA)
N,P(ⅤA)
O,S(ⅥA)
第50页/共94页
第51页/共94页
Determine hybridization of the central atom?
109 109º28’
第24页/共94页
第25页/共94页
分子空间构型由键角、键长决定
第26页/共94页
BF3
CH4
PCl5
SF6
分子空间构型由键角、键长决定
第27页/共94页
二、现代价键理论要点
（四）共价键的参数
３．键能 在一定温度和标准压下断裂 1mol 化学键所需要的能量。共价键强弱的量度。 一般键能越大，共价键强度越大。 成键时放出能量，断键时吸收能量。
第28页/共94页
二、现代价键理论要点
（四）共价键的参数
一些共价键的键长和键能
共价键
l/pm
E/kJ·mol-1
共价键
l/pm
E/kJ·mol-1
共价键
l/pm
E/kJ·mol-1
H－H
74
436
Cl－Cl
199
243
N－N
145
159
H－F
92
570
Br－Br
228
193
N≡N
110
946
H－Cl
(一) 氢分子的形成
两个氢原子接近时的能量变化曲线
r/pm
74.1
E/kJ·mol-1
氢分子的 两种状态
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一、氢分子形成和共价键的本质
(二) 共价键的本质
可见共价键的本质是两原子轨道重叠，成键原子共享配对电子，电子云密集区把两个带正电荷的原子核吸引在一起而形成稳定的共价分子。
CCl4 and CH3Cl
NH3 and NH4+
BF3 and PCl3
sp3Tetrahedral
sp3 anamorphic Tetrahedral
sp3 Trigonal pyramidal
sp3 Tetrahedral
sp2Trigonal planar
sp3 Trigonal pyramidal
（四）共价键的参数
键角是同一个原子形成的相邻两个键间的夹角。分子构型由键角、键长决定。
２.键角
分子式/pm 键角
H2SCO2NH3CH4
134 92º
角型
116.2 180º
直线型
三角锥型
正四面体型
101 107º18’
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
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第一节 离子键
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
(四) 不等性sp3杂化:
∠HNH=107º18'
第47页/共94页
杂化轨道理论二、原子轨道杂化类型及实例
H2O:
O
H
H
∠HOH=104º30'
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第32页/共94页
分子式/pm 键角
H2SCO2NH3CH4
134 92º
角型
116.2 180º
直线型
三角锥型
正四面体型
101 107º18’
109 109º28’
1)极性键
2)非极性键:
强极性键:
弱极性键:
如H2O,HCl中的共价键
如H2S,HI中的共价键
如N2,H2中的共价键
第30页/共94页
Covalent Bonds: willing to share
第31页/共94页
Example: Covalent Bonding in H2S
S atomic number is 16
第33页/共94页
第一节 离子键
杂化轨道理论
为了从理论上说明分子构型，1931年美国化学家鲍林(L.Pauling) 等人以价键理论为基础，根据电子具有波动性、波可以叠加的原理，提出了杂化轨道理论 。
第34页/共94页
第一节 离子键
杂化轨道理论
一、 杂化轨道理论的要点 形成分子时，因原子之间的相互影响，同一原子内能量相近的不同类型的 n 个价原子轨道混合（杂化），重新分配能量和确定空间方向，形成 n 个新原子轨道 — 杂化轨道(hybrid orbital)。
第59页/共94页
第60页/共94页
The Polarity of Polyatomic Molecules
第61页/共94页
第62页/共94页
第一节 离子键
分子间作用力一 、共价分子的极性和极化
（二）分子的极化 在外电场作用下，无论是极性分子还是非极性分子都会发生变形，变形分子中电子云与原子核出现相对位移，使非极性分子产生诱导偶极、使极性分子的电偶极矩增大，这种现象称为分子的极化。