物质结构与性质之化学键与分子的性质

化学键与分子的性质

共用电子对：

一个原子和另一个原子结合时，为了使两个原子的最外层电子数都达到8个或者2个稳定结构，就由其中每个原子都供应一个电子被两个原子共用,所以达到稳定。那两个电子就叫共用电子对，而形成的化合物称做“共价化合物”。

共价化合物：

共价化合物之一

像氯化氢那样，以共用电子对(或共价键)结合在一起的化合物，叫做共价化合物。如水H2O、二氧化碳CO2、氨NH3等都是常见的共价化合物。共价化合物一般都是分子晶体，像氯化铝Alcl3是共价化合物。（氯化铁，氯化汞，碘化银也是共价化合物）

共价化合物之二

共价化合物的分子是原子间以共用电子对所形成的。两种非金属元素原子（或不活泼金属元素和非金属元素）化合时，原子间各出一个或多个电子形成电子对，这个电子对受两个原子核的共同吸引，为两个原子所共有，使两个原子形成化合物分子。例如，氯化氢是氢原子和氯原子各以最外层一个电子形成一个共用电子对而组成的化合物分子。非金属氢化物（如HCl、H2O、NH3等）、非金属氧化物（如CO2、SO3等）、无水酸（如H2SO4、HNO3等）、大多数有机化合物（如甲烷、酒精、蔗糖等）都是共价化合物。多数共价化合物在固态时，熔点、沸点较低，硬度较小。

当两种非金属元素的原子形成分子时，由于两个原子都有通过得电子形成8电子稳定结构的趋势，它们得电子的能力差不多，谁也不能把对方的电子夺过来，这样两个原子只能各提供一个电子形成共用电子对，在两个原子的核外空间运动，电子带负电，原子核带正电。两个原子的原子核同时吸引共用电子对，产生作用力，从而形成了一个分子。

由于两个原子对电子的吸引能力不一样，共用电子对总是偏向得电子能力强的一方，这一方的原子略显负电性，另一方的原子略显正电性，作为整体，分子仍显电中性。

比较典型的共价化合物是水、氯化氢以及二氧化碳。共用电子对总是偏向氧原子的一方，偏离氢原子的一方。

共价化合物一般硬度小，熔沸点低。

某些单质的分子也是依靠共用电子对形成的。例如氯气的分子就是由两个氯原子各提供一个电子形成共用电子对，电子对同时受两个原子核的作用形成氯分子。由于同种原子吸引

电子能力相仿，电子对不偏向任何一方。

π键：

成键原子的未杂化p轨道，通过平行、侧面重叠而形成的共价键，叫做π键。

1.π键是由两个p轨道从侧面重叠而形成的，重叠程度比σ键小，所以π键不如σ键稳定。当形成π键的两个原子以核间轴为轴作相对旋转时，会减少p轨道的重叠程度，最后导致π键的断裂。

2.根据分子轨道理论，两个原子的p轨道线性组合能形成两个分子轨道。能量低于原来原子轨道的成键轨道π和能量高于原来原子轨道的反键轨道π，相应的键分别叫π键和π*键。分子在基态时，两个p电子（π电子）处于成键轨道中，而让反键轨道空着。

3.π键有两块电子云组成，分别位于有两原子核构成的平面两侧，如以它们间所包含原子核的平面称为镜像，他们互为镜像，这种特征称为镜像对称。

等电子原理

具有相同的通式AX m，而且价电子总数（有些书上为电子总数）相等的分子或离子具有相同的结构特征（立体结构和化学键类型），其性质相近。

指两个或两个以上的分子或离子，它们的原子数目相同，电子数目也相同，常具有相似的电子结构，相似的几何构型，而且有时在性质上也有许多相似之处。

杂化轨道：

一个原子中的几个原子轨道经过再分配而组成的互相等同的轨道。原子在化合成分子的过程中，根据原子的成键要求，在周围原子影响下，将原有的原子轨道进一步线性组合成新的原子轨道。这种在一个原子中不同原子轨道的线性组合，称为原子轨道的杂化。杂化后的原子轨道称为杂化轨道。杂化时，轨道的数目不变，轨道在空间的分布方向和分布情况发生改变。组合所得的杂化轨道一般均和其他原子形成较强的σ键或安排孤对电子，而不会以空的杂化轨道的形式存在。在某个原子的几个杂化轨道中，全部由成单电子的轨道参与的杂化，称为等性杂化轨道；有孤对电子参与的杂化，称为不等性杂化轨道。

杂化轨道具有和s，p等原子轨道相同的性质，必须满足正交，归一性。

价键理论对共价键的本质和特点做了有力的论证，但它把讨论的基础放在共用一对电子形成一个共价键上，在解释许多分子、原子的价键数目及分子空间结构时却遇到了困难。例如C原子的价电子是2s22p2，按电子排布规律，2个s电子是已配对的，只有2个p电子未成对，

而许多含碳化合物中C都呈4价而不是2价，可以设想有1个s电子激发到p轨道去了。那么1个s轨道和3个p轨道都有不成对电子，可以形成4个共价键，但s和p的成键方向和能量应该是不同的。而实验证明：CH4分子中，4个C-H共价键是完全等同的，键长为114pm，键角为109.5°。BCl3，BeCl2，PCl3等许多分子也都有类似的情况。为了解释这些矛盾，1928年Pauling提出了杂化轨道概念，丰富和发展了的价键理论。他根据量子力学的观点提出：在同一个原子中，能量相近的不同类型的几个原子轨道在成键时，可以互相叠加重组，成为相同数目、能量相等的新轨道，这种新轨道叫杂化轨道。C原子中1个2s电子激发到2p后，1个2s轨道和3个2p 轨道重新组合成4个sp3杂化轨道，它们再和4个H原子形成4个相同的C-H键，C位于正四面体中心，4个H位于四个顶角。

孤对电子：

分子或离子未共享价层的电子对。孤对电子在分子中的存在和分配影响分子的形状、偶极矩、键长、键能等，对轻原子组成的分子影响尤为显著。路易斯碱(Lewis)的碱性，配体通过配位原子与中心体的键合，亲核反应的发生等均通过孤对电子。

指分子中未成键的价电子对。例如，氨分子的氮原子上有一对孤对电子；水分子的氧原子上有两对孤对电子等。由于孤对电子的电子云比成键电子对在空间的伸展大，对成键电子有更强的排斥作用，致使分子的键角减少。如甲烷无孤对电子，键角为109°28’，而氨和水分子的键角分别为107°18’和104.5°。在描述分子几何构型时，不包括孤对电子，故甲烷分子为正四面体；氨分子为三角锥形而水分子则为弯曲形。

配位键

一种共价键。成键的两原子间共享的两个电子不是由两原子各提供一个，而是来自一个原子。例如氨和三氟化硼可以形成配位化合物：图片式中→表示配位键。在N和B之间的一对电子来自N原子上的孤对电子。

配位键是极性键，电子总是偏向一方，根据极性的强弱，或接近离子键，或接近极性共价键。在一些配合物中，除配体向受体提供电子形成普通配位键外，受体的电子也向配体转移形成反馈配键。例如Ni（CO）4中CO中碳上的孤对电子向镍原子配位形成σ配位键，镍原子的d电子则反过来流向CO的空π*反键轨道，形成四电子三中心d-pπ键，就是反馈配