5.3化学键与分子间相互作用力详解

sp2 1个s + 2个p
3个sp2杂化轨 道 120o 正三角形 BF3, BCl3
sp3 1个s + 3个p
4个sp3杂化轨 道 109o 28’ 正四面体
杂化轨道数 2个sp杂化轨道
杂化轨道间 夹角 空间构型 实例
180o 直线
BeCl2，C2H2
CH4，CCl4
（三）等性杂化和不等性杂化
1. 等性杂化--每个杂化轨道所含的原轨道的比例相
•
共价键的键参数主要有键长、键角、键能及键
的极性。
1.键长
分子中两成键原子的核间平衡距离。
• 键长愈短,键愈牢固；
•
源自文库
相同两原子形成的键长：单键键长＞双键
键长＞叁键键长。
例： C—C键长为154 pm； C＝C键长为134
pm；C≡C键长为120 pm
2.键角
分子中同一原子形成的两个化学键间的夹角
电子运动类似波的性质，波函数正负类似机械波的波峰和波谷，同 号加强（波峰相遇或波谷相遇），异号减弱甚至完全抵消（波峰与 波谷相遇）
3.
原子轨道重叠愈多，核间电子云愈密集，共 价键愈牢固，称为原子轨道最大重叠原理。 因此原子轨道将沿最大程度方向重叠，决定 了共价键的方向性。
+
二. 共价键的类型
按成键重叠方式：
同,能量相同(参与杂化的原子轨道都含有单电子
或都是空轨道)
2.不等性杂化--每个杂化轨道所含的原轨道的比例不相同, 能量不相同(参与杂化的原子轨道有的已经含有孤对电子)
N原子不等性sp3杂化轨道成键特征：
其中有一个杂化轨道含有一对电子(孤对电子)，含孤对 电子的轨道因内部斥力较大而较胖，因此压迫另3个轨 道使键角小于109°28'。
1.
σ键 π键
σ键 原子轨道沿键轴（成键核间连线，设为x轴）以 “头碰头” 方式进行重叠，重叠部分沿键轴呈 圆柱形对称分布，形成σ共价键。如s-s、s-px 和 px-px 轨道重叠。
σ键特点： • σ键的轨道重叠程度比π键的轨道重叠 程度大，因而σ键比π键牢固。 • σ键也可单独存在于两原子间，是构成 分子的骨架，两原子间只可能有1个σ 键。
2.
π键 互相平行的py或pz轨道则以“肩并肩” 方式 进行重叠，重叠的部分垂直于键轴并呈镜面 反对称。
π 键：例
1S
2S
2P
N
N
π键特点：
•
• •
π键较易断开，化学活泼性强。
一般它是与σ键共存于具有双键或叁键的分 子中。 由于π键的存在，原子不可绕σ键转动。
三. 键参数 • 表征化学键性质的物理量称为键参数
O原子和S原子也能进行不等性sp3杂化
（二）杂化轨道类型及实例分析
1. sp型和spd型杂化
1）sp杂化
S
P
2个SP
BeCl2 Be: 2s2
2）sp2杂化
S
P
P
3个SP2
BF3 B: 2s22p1
3）sp3杂化
S
P
P
P
4个SP3
• CH4 C: 2s22p2
sp型的三种杂化
杂化类型
参与杂化的 原子轨道
sp 1个s + 1个p
多原子分子
四. 杂化轨道理论
• 价键理论说明了共价键的形成，解释了共价键的 方向性和饱和性，但阐明多原子分子的空间构型 却遇到困难。 • Pauling L.等人在价键理论的基础上提出了杂化轨 道理论。
• 杂化轨道理论实质上仍属于现代价键理论，但在 成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了 价键理论。
• 它是反映分子空间构型的一个重要参数。如H2O 分子中的键角为104o45’，分子为V形结构；CO2 分子中的键角为180o，分子为直线形结构。 一般而言，根据分子中的键角和键长可确定分子 的空间构型。
•
3.键能E
298.15K，标准状态下单位物质量的气态 物质的共价键断裂生成气态原子所需的能 量称为键离解能 ( D)，键能的数值为同类 键各级解离能的均值，但习惯上取正值。 E=︱D︱
物质 电负性 差值 型键 NaCl 2.1 离子键 HF 1.9 极 HCl 0.9 性 共 HBr 0.7 价 HI 0.4 键 Cl2 0 非极性 共价键
2）分子的极性——取决于键的极性和分子构型
相同原子：无极性 如H2 O2
双原子分子
不同原子：有极性 分子对称： 无极性 如CH4 CCl4 CO2 分子不对称： 有极性 如NH3 极性度量:电偶极矩 μ＝ q · d 电偶极矩为零的分子是非极性分子，电偶极矩愈大表示分子的极性愈 强。
5.3 化学键与分子间相互作用力
• 化学键：分子或晶体中相邻两原子或离子间的强 烈作用力，成键能量约为几十到几百千焦每摩。 离子键 化学键
本节着重介绍共价键
共价键(配位键) 金属键
一. 现代价键理论要点---共价键 1. 原子所形成的共价键数目取决于未成对电子数 （饱和性）
如果A和B原子各有一个未成对电子→形成一个共价键
如果A和B原子各有两个未成对电子→形成两个共价键
注意：共价键饱和性体现在：
（1）一个电子与另一个电子配对成键后就不能和第三个电子 配对成键。 （2）电子已完全配对的原子不能继续成键。如He就以单分子 形式存在。
2.对称性匹配原则 波函数数值同号的轨道才能进行有效重叠。
+ + + +
+
不成键
成键
附图5.10 p轨道共价键形成示意图
(一）杂化轨道理论的要点 1. 成键过程中，同一原子中几个能量相近类型不同 的原子轨道线性组合，重新分配能量和空间方向， 组成等数目的杂化轨道（杂化轨道数目等于参与杂 化的所有轨道数之和）。
如同原子的一个ns与np的三个轨道杂化将形成四个sp3杂化轨道。
2.杂化轨道的角度波函数在某方向的值比杂化前大 得多，更有利于原子轨道间最大程度地重叠，因 而杂化轨道比原来轨道的成键能力强。(如s和px成键） 3.杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，使相 互间的排斥能最小，故形成的键较稳定。不同类 型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后所形成的 分子就具有不同的空间构型。
4 . 键的极性和分子的极性 1）键的极性——由成键原子的电负性不同引起 • 当成键原子的电负性相同，原子核正电荷形成 的正电荷重心和核间电子云的负电荷重心重合， 形成非极性共价键。 • 当成键原子的电负性不同，核间电子云偏向电 负性较大原子的一端，使之带部分负电荷，而 电负性较小原子的一端带部分正电荷，正电荷 重心与负电荷重心不重合，形成极性共价键。