无机化学 大学课件 第二章分子结构和分子间力氢键

3. s键和p键的特征比较：光盘 4. 配位共价键：由一个原子提供孤电子对，另一个原 子提供空轨道而形成的共价键，称配位共价键(配位 键)，也分为s配键和p配键，如：NH4+中含s配键， CO中含p配键。 5. 键的极性 由于成键原子双方电负性不完全相同，所以共 价键就产生了极性，且又可分为强极性和弱极性。 非极性：双原子分子，如：Cl2 、 N2、 O2 (？) 强: 如： HF、HCl、H2O( ？)、 NH3 (？) 极性 弱: 如： HI、CH4 ( ？) 成键情况？
O
双原子分子：直线型； H 104.5º H 多原子分子：较复杂，同键长的来源(计算及测定)。 键角是分子空间构型的重要参数之一。 综上所述，确定了分子的键长、键角，其空间构型即可确 定，综合考虑化学键还要加上键能的因素。
价键理论如何解释分子的成键情况？
2.1.1 现代价键理论
以氢分子为例进行研究，再逐步推广到复杂分子。 1. H-H键的形成和本质 (1) 以能量为主线—氢分子形成过程中伴随着能量的变化； (2) 单电子自旋的方向(反向)；电子云的最大重叠。 (见光盘)
HF的生成
p键：p轨道（肩并肩）
p 2. p键: 原子轨道沿核间联线两侧发生轨道 + + 重叠而形成的共价键，称为p键。俗称“肩并 2s - 肩”方式, 呈镜面反对称。 2p 如：N2, py-py pz-pz (d) N2
p
x
p N
N
s
N2的生成
（a ）
（b）
（c）
Figure 2.10 p-p bond formation
第二章 分子结构和分子间力、氢键
<教学基本要求>：
计划学时：8学时

1.了解共价键的饱和性和方向性及s键和p键的区别； 2. 掌握杂化轨道理论要点，并能说明一些分子中中
心原子的杂化类型及分子的构型； 3. 掌握分子轨道理论要点，会应用同核双原子分子 的分子轨道能级图说明分子的磁性、稳定性和能级； 4.了解异核双原子分子及多原子分子的分子轨道能 级图； 5. 掌握分子的极性、分子间力及氢键的概念，并能 解释物质的性质及其变化。
布鲁塞尔[原子模型](Atomium)
象征1958年万国博览会的原子模型 是布魯塞尔另一个著名地标。高约120 公尺，由9个铝制的大圆球和铁架所钩 成，放大約2,000亿倍铁分子模型的建 筑物。中央铝制圆是瞭望台也是餐厅， 其他八个分子球是科学馆。如果想一 览全市区的摩天大楼及拉根公园的景 色，便須到102公尺高的頂层。在夜晚 时分，原子模型则充滿光亮形成一幅 特殊的景象。
H-Cl 键的形成
(px) Cl
不 能 重 叠 的 方 式
+
最有效的重叠方式 x
不理想的重叠方式
+
H,(s)
?
+
H ,(s)
+
H,(s)
图2 .1
H-Cl成键的方向性
2.1.4 共价键的类型
由于原子轨道重叠的情况不同，可以形成不同类型的共价键， 根据重叠方式不同，共价键可区分为s和p键。 1. s键: 原子轨道沿核间联线方向进行轨道重叠而形成的共价键， 称为s键。俗称“头碰头”方式，呈圆柱形对称。 s-s s-p p-p H2 HCl Cl2 s键（头碰头）
§2.1 价键理论
原子相互作用形成化学键的过程中，原子核没有发生变化， 涉及的只是原子的外层电子(价层电子)。键的形成过程中外层 电子重新分布。 化学键(chemical bond):能够使原子间相互结合成为分子的作用， 在化学上称为化学键。 共价键：原子间以共用电子对结合； 成键方式 离子键：活泼(非)金属离子以静电引力结合； 金属键：金属阳离子(原子)与自由电子以金属键结合
来自百度文库
金属键
共价键
离子键
H2 , O2 , N2(同核双原子分子)为什么能形成？
如何形
成的？形成后发生了怎样的变化？理论上
如何解释？
2.1.0 键参数
1. 键能 (1)定义：在298.15K和100kPa下，断裂1mol键所需要的能量称 为键能(E)，单位为kJ.mol-1 。 (2)应用： ①双原子分子：在标准状态下，将理想气体分子离解为理想 气态原子所需要的能量称离解能(D)，即键能。 H2(g) → 2H(g) EH-H = DH-H = 436.00 kJ.mol-1 HCl(g) → H(g)+Cl(g) EH-Cl = DH-Cl = 431.2 kJ.mol-1 ②多原子分子：多级离解能的平均值，即键能(E) 。 H2O(g) → H(g)+OH (g) DH-OH = 499.00 kJ.mol-1 OH (g) → H(g)+O(g) DO-H = 429.00 kJ.mol-1 EO-H = (499.00+429.00)/ 2 = 464.00kJ.mol-1
2. 键长(L)
(1)定义：分子中成键原子核间的平衡距离称为键长，单位： pm。 (2)应用：化学键的键长越短，键越牢固；如：H-X键，随F,Cl, Br,I电负性减小而依次增长。 (3)来源：量子力学可在理论上近似计算，许多复杂分子通常是 通过光谱或衍射等实验方法测定。
3. 键角(q)：分子中键与键的夹角称为键角。
1916年美国化学家G.N.Lewis提出了共价学说，建立了经典 的共价键理论。 1927年德国化学家W.Heitler和F.London应用了量子力学理 论来处理分子结构问题。 首先从最简单的分子——氢分子入手，应用薛定锷方程详尽 研究了氢分子的形成过程，发展了共价键理论，揭示了共价键的 本质，也称为VB法。 。 后来，在1931年美国化学家L.Pauling等人又发展了这一成 果，提出了杂化轨道理论，从而建立了现代价键理论，圆满地解 释了碳四面体结构的价键状态。 20世纪30~50年代，美国化学家R.S.Mullliken和德国化学家 F.Hund 提出了分子轨道理论，较全面地研究了分子中电子的运 动规律，圆满地解释了氧分子的顺磁性、单电子离子或分子稳定 存在的事实。该理论已被广泛应用。
+ H 1s
E
+
+
H 1s
重叠
H2
2H
d
E 0
－D
ro R
2. 价键理论的基本要点：
(1)电子配对原则：两个自旋方向相反的单电子可相互配对成键； (2)最大重叠原则：两个自旋反向的单电子的电子云应实现最大 程度的重叠，共价键才能稳定——即放出的能量最多。
2.1.2 共价键的特征
1. 共价键的饱和性：根据电子配对原则——一个原子有几个单 电子就只能与几个自旋方向相反的单电子 配对成键，即共价键的饱和性。 2. 共价键的方向性： 根据最大重叠原则，体系能量降低。按照原子轨道的对称 性(伸展方向)，重叠时有方向的限制。例如：H-Cl 键的形成：