共价晶体PPT课件
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鲍林进一步发展了海特勒和伦敦的 研究成果，建立了现代价键理论 (杂化轨 道理论和价层电子对互斥理论)，从而使 我们对共价化合物的形成有了更清楚的 认识。
价键理论：共价键的本质
自旋相反的两个单电子原子相互靠近时，原子轨 道可以发生最大限度的重叠，使两原子核间出现了电 子 云密集区域，这一方面降低了两核间的正电排斥， 另一方面增加了两个原子核对核间负电荷区域的吸引， 使体系能量降低，从而形成了共价键。可见共价键的 本质也是电性的。
P 1X 6 A X B 3 .5 (X A X B )2
离 子 性 百 P 分 数
P 1X 6 A X B 3 .5 (X A X B )2
100 80
6 0 P = 50%
40 20
x = 2.1
0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
电 负 性 差 X
当X = 2.1时，P = 50%。这时原子间的化学键离 子性成分和共价性成分相当。
当X > 2.1时，化学键主要是离子性的
而当X < 2.1时，化学键则主要是共价性的。
鲍林的经验公式在实际应用中还有许多的限制条 件，加之电负性数值本身的不确定因素也很多， 因此以电负性差值判断化学键中离子性百分数做 法仅仅只是有一些定性的参考价值。
2.6.2 价键理论
1916 年美国化学家 Lewis 提出共价键理论。 他认为：分子中每个原子都应具有稳定的惰性 气体电子层结构, 可以通过原子间共用一对或几 对电子来实现, 这种靠共用电子对结合的化学键 叫共价键。
3pz
1s
+z
+
z
++
Cl2 中的 3p 和 3p 的成键：
+
+
zz
pz
pz
++
共价键的类型：II, 键
δ- + - + δ-
价键理论：共价键成键原理
❖ 电子配对原理： 两原子如有反相自旋的成单 电子，它们可以相互配对形成稳定的共价键。
❖ 能量最低原理：两原子轨道相互重叠形成分 子时，放出能量使体系能量降低，放出能量 越多共价键越稳定。
❖ 原子轨道最大重叠原理：键合的原子间形成 化学键时，成键电子的原子轨道要发生最大 程度的重叠，形成的化学键越稳定。
X0.18(IY)
电负性越大的原子越容易得到电子而形成阴离子， 电负性较小的原子则容易失去电子而成为阳离子。
由于大多数原子的电子亲合能的数值尚未确定， 因此原子的电负性也还没有准确的数值。
鲍林在对大量晶体进行分析的基础上，提出了一种根 据电负性差值判断两种原子之间的化学键键型的经验 方法：如果两个原子 A 和 B 形成化学键，则由键的离 子组分引起的共振能与 (XA XB)2 成正比，而键的离子 性百分比 P 则可以由以下的经验公式确定：
共价键的类型：I, 键
原子轨道沿键轴方向以头碰头方式重叠所形 成的共价键称为σ键
σ键在键轴上成键，轨道重叠最大，最稳定， 键能也最大。
HCl 分子中的 3p 和 1s 的成键： Cl 的 3pz 和 H 的 1s 轨道重叠，只有沿着 z 轴重叠，才能保证最大 程度的重叠，而且不改变原有的对称性。
原子电子亲合能指的是原子获得一个电子成为一价阴 离子时所放出的能量，用Y表示。
把 k(I + Y) 作为原子电负性 X 的度量，即 X = k(I + Y)。这里的 k 为任意常数。如果 I 和 Y 以电子伏特 (eV) 为单位，则通常令 k = 0.18，以使 Li 原子的电负性 X = 1，因此有
H2 分子中的化学键
V
0
－D
ro
r
量子力学计算表明，两个具有 1s1 电子构型的 H 彼此靠近时， 两个 1s 电子以自旋相反的方式形成 电子对，使体系的能量降低。
从电子云的观点考虑，可认为 H 的 1s 轨道在两核间重叠，使电子在两核间出现 的几率大，形成负电区。两核吸引核间负 电区，使 2 个 H 结合在一起。
共价键的特点：方向性
在形成共价键时，两个原子的电子云重叠得 越多，所形成的共价键就越稳定。在主量子数相 同的原子轨道中，哑铃形的 p 轨道的电子云密度 在沿对称轴方向上的伸展比球形的 s 轨道大，因 此一般情况下 p 轨道形成的共价键较 s 轨道形成 的共价键更为牢固。根据这一分析，共价键形成 时一定会选择电子云密度最大的方向，这就使得 共价键具有了一定的方向性。
共价键的特点：饱和性
两个原子之间形成的共价键的数量与原子中含有的 未成对电子的数量有关。各含有一个未成对电子的两个原 子之间只能形成一个共价键，而各含有两个或三个未成对 电子的两个原子之间就可以分别形成两个或三个共价键。 如果 A 原子中含有一个未成对电子，而 B 原子中含有两个 未成对电子，那么 A 原子和 B 原子之间也只能形成一个共 价键。一个原子中一个未成对电子与另一个原子中的未成 对电子配对后，就不能再与其他原子的未成对电子配对。
2.6.1 原子的电负性
电负性是原子的电离能和电子亲合能的函数。
原子的电离能指的是气态原子失去电子而成为气态离 子所需要的能量。气态原子失去第一个电子而成为一 价气态阳离子所需要的能量称为原子的第一电离能， 用I1表示；而一价气态阳离子再失去一个电子而成为 二价气态阳离子所需要的能量称为原子的第二电离能， 用I2表示；其余类推。
N+N
H
Cl
NN H Cl
共价键概念的提出成功地解释了诸如 O2、H2、 HCl 等化合物的形成机制，并揭示出了共价 键与离子键之间的区别。但是，共价键的饱 和性和方向性仍然没有得到解释，共价键的 本质也仍然不是很清楚。
1927 年，量子力学理论被海特勒和伦敦用于 处理 H2 分子结构，第一次揭示出了共价键的 本质。
2.6 共价晶体
前面指出：两种电负性相差较大的原子相互靠近 时就可能形成离子键，而由离子键构成的晶体就称为 离子晶体。“电负性相差较大”显然是一个笼统的概 念，“较大”到底是多大？而当两种原子的电负性差 值相对于这个“较大”来说又“较小”一些的话，原 子之间的结合又将会是什么状态？为了解释这些问题， 并从最简单的角度来认识共价晶体，我们先来复习一 下电负性这个概念以及由这个概念引出的一些经验规 律。
鲍林进一步发展了海特勒和伦敦的 研究成果，建立了现代价键理论 (杂化轨 道理论和价层电子对互斥理论)，从而使 我们对共价化合物的形成有了更清楚的 认识。
价键理论：共价键的本质
自旋相反的两个单电子原子相互靠近时，原子轨 道可以发生最大限度的重叠，使两原子核间出现了电 子 云密集区域，这一方面降低了两核间的正电排斥， 另一方面增加了两个原子核对核间负电荷区域的吸引， 使体系能量降低，从而形成了共价键。可见共价键的 本质也是电性的。
P 1X 6 A X B 3 .5 (X A X B )2
离 子 性 百 P 分 数
P 1X 6 A X B 3 .5 (X A X B )2
100 80
6 0 P = 50%
40 20
x = 2.1
0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
电 负 性 差 X
当X = 2.1时，P = 50%。这时原子间的化学键离 子性成分和共价性成分相当。
当X > 2.1时，化学键主要是离子性的
而当X < 2.1时，化学键则主要是共价性的。
鲍林的经验公式在实际应用中还有许多的限制条 件，加之电负性数值本身的不确定因素也很多， 因此以电负性差值判断化学键中离子性百分数做 法仅仅只是有一些定性的参考价值。
2.6.2 价键理论
1916 年美国化学家 Lewis 提出共价键理论。 他认为：分子中每个原子都应具有稳定的惰性 气体电子层结构, 可以通过原子间共用一对或几 对电子来实现, 这种靠共用电子对结合的化学键 叫共价键。
3pz
1s
+z
+
z
++
Cl2 中的 3p 和 3p 的成键：
+
+
zz
pz
pz
++
共价键的类型：II, 键
δ- + - + δ-
价键理论：共价键成键原理
❖ 电子配对原理： 两原子如有反相自旋的成单 电子，它们可以相互配对形成稳定的共价键。
❖ 能量最低原理：两原子轨道相互重叠形成分 子时，放出能量使体系能量降低，放出能量 越多共价键越稳定。
❖ 原子轨道最大重叠原理：键合的原子间形成 化学键时，成键电子的原子轨道要发生最大 程度的重叠，形成的化学键越稳定。
X0.18(IY)
电负性越大的原子越容易得到电子而形成阴离子， 电负性较小的原子则容易失去电子而成为阳离子。
由于大多数原子的电子亲合能的数值尚未确定， 因此原子的电负性也还没有准确的数值。
鲍林在对大量晶体进行分析的基础上，提出了一种根 据电负性差值判断两种原子之间的化学键键型的经验 方法：如果两个原子 A 和 B 形成化学键，则由键的离 子组分引起的共振能与 (XA XB)2 成正比，而键的离子 性百分比 P 则可以由以下的经验公式确定：
共价键的类型：I, 键
原子轨道沿键轴方向以头碰头方式重叠所形 成的共价键称为σ键
σ键在键轴上成键，轨道重叠最大，最稳定， 键能也最大。
HCl 分子中的 3p 和 1s 的成键： Cl 的 3pz 和 H 的 1s 轨道重叠，只有沿着 z 轴重叠，才能保证最大 程度的重叠，而且不改变原有的对称性。
原子电子亲合能指的是原子获得一个电子成为一价阴 离子时所放出的能量，用Y表示。
把 k(I + Y) 作为原子电负性 X 的度量，即 X = k(I + Y)。这里的 k 为任意常数。如果 I 和 Y 以电子伏特 (eV) 为单位，则通常令 k = 0.18，以使 Li 原子的电负性 X = 1，因此有
H2 分子中的化学键
V
0
－D
ro
r
量子力学计算表明，两个具有 1s1 电子构型的 H 彼此靠近时， 两个 1s 电子以自旋相反的方式形成 电子对，使体系的能量降低。
从电子云的观点考虑，可认为 H 的 1s 轨道在两核间重叠，使电子在两核间出现 的几率大，形成负电区。两核吸引核间负 电区，使 2 个 H 结合在一起。
共价键的特点：方向性
在形成共价键时，两个原子的电子云重叠得 越多，所形成的共价键就越稳定。在主量子数相 同的原子轨道中，哑铃形的 p 轨道的电子云密度 在沿对称轴方向上的伸展比球形的 s 轨道大，因 此一般情况下 p 轨道形成的共价键较 s 轨道形成 的共价键更为牢固。根据这一分析，共价键形成 时一定会选择电子云密度最大的方向，这就使得 共价键具有了一定的方向性。
共价键的特点：饱和性
两个原子之间形成的共价键的数量与原子中含有的 未成对电子的数量有关。各含有一个未成对电子的两个原 子之间只能形成一个共价键，而各含有两个或三个未成对 电子的两个原子之间就可以分别形成两个或三个共价键。 如果 A 原子中含有一个未成对电子，而 B 原子中含有两个 未成对电子，那么 A 原子和 B 原子之间也只能形成一个共 价键。一个原子中一个未成对电子与另一个原子中的未成 对电子配对后，就不能再与其他原子的未成对电子配对。
2.6.1 原子的电负性
电负性是原子的电离能和电子亲合能的函数。
原子的电离能指的是气态原子失去电子而成为气态离 子所需要的能量。气态原子失去第一个电子而成为一 价气态阳离子所需要的能量称为原子的第一电离能， 用I1表示；而一价气态阳离子再失去一个电子而成为 二价气态阳离子所需要的能量称为原子的第二电离能， 用I2表示；其余类推。
N+N
H
Cl
NN H Cl
共价键概念的提出成功地解释了诸如 O2、H2、 HCl 等化合物的形成机制，并揭示出了共价 键与离子键之间的区别。但是，共价键的饱 和性和方向性仍然没有得到解释，共价键的 本质也仍然不是很清楚。
1927 年，量子力学理论被海特勒和伦敦用于 处理 H2 分子结构，第一次揭示出了共价键的 本质。
2.6 共价晶体
前面指出：两种电负性相差较大的原子相互靠近 时就可能形成离子键，而由离子键构成的晶体就称为 离子晶体。“电负性相差较大”显然是一个笼统的概 念，“较大”到底是多大？而当两种原子的电负性差 值相对于这个“较大”来说又“较小”一些的话，原 子之间的结合又将会是什么状态？为了解释这些问题， 并从最简单的角度来认识共价晶体，我们先来复习一 下电负性这个概念以及由这个概念引出的一些经验规 律。