第二章化学键与分子间作用力

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【小结】σ键的成键特点: ①沿键轴(两核的连线)方向 “头碰头”重叠成键 ②σ键可以沿键轴旋转; ③σ键较稳定,存在于一切共价键中。因而,只含有
σ键的化合物性质是比较稳定的(烷烃)。
N2中p-pσ键和p-pπ键的形成过程
(2)π键: 原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠导致
电子在核间出现的概率增大而形成的共价 键。
大π 键
C6H6
C6H6的大π键(离域键)
3、确定分子空间构型的简易方法: 价层电子对互斥理论(VSEPR法)
共价分子的几何外形取决于分子价层 电子对数目和类型。分子的价电子对 (包括成键电子对和孤电子对)由于相 互排斥作用,而趋向尽可能远离以减小斥 力而采取对称的空间构型。
利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构 型的步骤如下:
【探究】H2分子与HCl分子中的共价键是否相同?
组成

原子吸引共用 电子对的能力
共用电子对的 位置
征 成键原子的
电性
结论
H2
同种元素原子
相同
不偏向任何一个 原子
HCl
不同种元素原子
不相同
偏向吸引电子能 力强的原子
不显电性
H H ab
共用电子对无偏向
相对显 正电性
相对显 负电性
H
Cl
共用电子对偏向Cl
【回顾】
通过必修的学习,你对共价键有 那些了解?
1、共价键是原子间通过共用电子对所形 成的的化学键。
2、共价键的成键微粒是原子。
“联想·质疑”
在水和氯化氢两种化合物的分子内部,原子间 通过共用电子对形成了一种化学键--共价键。氢 原子为什么会与氧原子或氯原子结合形成稳定的分 子?氢原子与氯原子结合成氯化氢分子时原子个数 比为1:1,而氢原子与氧原子结合成水分子时原子 个数比却为2:1,这又是为什么?为什么原子间可 以通过共用电子对形成稳定的分子?共价键究竟是 怎样形成的,其特征又是怎样的呢?
“交流·研讨” 你已经了解到,水分子的化学式之所以
是H2O,是因为氧原子有两个未成对电子, 它们分别与氢原子的一个未成对电子配对成 键形成水分子。那么,由氮原子构成的氮分 子的结构又是怎样的呢?为什么氮气非常稳 定,不易发生化学反应呢?
【探究】利用所学知识分析一下N2的结构,解释 氮气化学性质稳定的原因。
(2)共价键的概念: 原子间通过共用电子形成的化学键。
(3)共价键的本质: 高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个
原子核之间的电性作用。
(4)共价键的形成条件: 通常,电负性相同或差值小的非金属元素原子形
成的化学键为共价键,成键原子一般具有未成对电子。
如:HCl、HBr、H2O、NH3、CH4、CO2、SO2 的原子之间都形成共价键。
3.键角:分子中键与键之间的夹角。 键角常用于描述多原子分子的空间构型
104.5°
V型
180 °
直线型
107.3°
三角锥形
109.5°
正四面体
[小结]
键能、键长、键角是共价键的三个参数 键能、键长决定了共价键的稳定性; 键长、键角决定了分子的空间构型。
第2节 共价键与分子的空间构型
一、形形色色的分子
(5)表示方法:
① 电子式: 在元素符号的周围用小点(或X)来描述分子中原 子共享电子以及原子中未成键的价电子的式子。如:
② 结构式: 是表示物质里原子的排列顺序和结合方式的
化学式。用“-”、“=”、“≡”分别表示1、 2、3对共用电子。
[试一试] 用结构式表示HF、CO2、N2、NH4+、 CH3CH2OH
如:H2(H-H) Cl2(Cl-Cl) N2(N N)
(2)极性键:不同种非金属元素原子间形成的共
价键是极性键(共用电子对有偏向)
如:HCl(H-Cl) H2O(H-O-H)
【总结】
一、共价键
1、共价键的形成及本质 (1)共价键的形成 : 电子在两原子核之间出现的概率增加,受到两个原 子核的吸引,导致体系的能量降低,形成化学键。
N原子的价电子排布式: 2S22P3
N原子的价电子轨道表示式: ↑↓
2S
N2的结构式: N≡N
↑↑↑ 2P
原子轨道的重叠方式?
氢原子形成氢分子的电子云描述
H HBaidu Nhomakorabea
H
H
σ键
s-s σ键
H H
H Cl
H-Cl的s-pσ键的形成
H-Cl
Cl
Cl-Cl的p-pσ键的形成
Cl
Cl
Cl
2、σ键 与π键
(1)σ键: 原子轨道以“头碰头”方式相互重叠导致电子在 核间出现的概率增大而形成的共价键。
① 键能越大,断开时需要的能量就越多, 化学键越稳定,越不易断裂
② 键能越小,断开时需要的能量就越少, 化学键越不稳定,越容易断裂
某些共价键键长
2.键长:
(1)概念:形成共价键的两原子间的核间距。
(2)一般而言,键长越短,共价键越牢固,形成 的物质越稳定。
(3)键长是影响分子空间构型的因素之一。
由于每个轨道中都含有1/4的s轨道成分和 3/4的p轨道成分,因此我们把这种轨道称之 为 sp3杂化轨道。
14
51
方使
向 分 别 指 向 正 四 面 体 的 四 个 顶 点 。
4
轨 道 间 的 排 斥 最 小 , 个 杂 化 轨 道 的
为 了 四 个 杂 化 轨 道 在 空 间 尽 可 能 远
伸离
展,
四个H原子分别以4个s轨道与C原子上的四 个sp3杂化轨道相互重叠后,就形成了四个性 质、能量和键角都完全相同的S-SP3σ键,形成 一个正四面体构型的分子。
sp型的三种杂化
杂化类型
sp1
sp2
sp3
参与杂化 的原子轨

杂化轨道 数
杂化轨道 间夹角
空间构型
实例
1个s + 1个p
2个sp杂化轨 道
三角 形
0
三角 形 BF3
120°
四面体
0
1
2
正四面 三角锥 折线 形


CCl4
NH3
H2O
109 28' 107 18' 104 45'
(3)、价层电子对互斥理论的应用实例
(1)确定中心原子的价层电子对数:
价层电子对数=(中心原子的价电子数+ 配位原子提供的电子数±离子电荷数 )/2
• 式中:中心原子的价电子数=主族序数 • 例如:B:3,C:4,N:5,O:6,X:7,稀有气
体:8 • 配位原子提供的价电子数: • H与卤素:1,O与S为0。 • 当中心原子的价电子数为奇数时要加1 • 例如:SO42- 价电子对数=(6+0+2)/2=4
(1)σ键: 原子轨道以“头碰头”方式相互重叠导致电子在核间出现 的概率增大而形成的共价键。
(2)π键: 原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠导致电子在核间出现 的概率增大而形成的共价键。
“联想·质疑”
氯化氢、碘化氢的分子结构非常相似, 它们都是双原子分子,分子中都只有一个共 价键,但它们表现出来的稳定性却大不一样。 例如,在1000℃时,只有0.001%的氯化氢分 解生成氢气和氯气,却有高达33%的碘化氢 分解为氢气和单质碘。这是为什么?
乙烯分子中键的形成
sp 杂 化 轨 道
两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成sp-sp 键,另两个sp 杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个sp-s键,两个py轨 道和两个pz轨道分别从侧面相互重叠,形成两个相互垂直的P-P键, 形成乙炔分子。
杂化轨道理论解释苯分子的结构:
C为SP2杂化 C-C (sp2-sp2 ) ; C-H (sp2-s ) 所有原子(12个)处于同一平面 分子中6个碳原子未杂化的2P轨道 上的未成对电子重叠结果形成了 一个闭合的、环状的大π键 形成的π电子云像两个连续的面包圈,一个位于平面上面, 一个位于平面下面,经能量计算,这是一个很稳定的体系。
1、双原子分子(直线型)
O2
HCl
2、三原子分子立体结构(有直线形和V形)
H2O
CO2
3、四原子分子立体结构(直线形、平面三 角形、三角锥形、正四面体)
(平面三角形,三角锥形)
C2H2
CH2O
NH3
P4
4、五原子分子立体结构 最常见的是正四面体
CH4
5、其它:
CH3CH2OH
CH3COOH
C6H6
二、共价键的键参数
1.键能:表示键强弱的物理量。
(1)概念:在101.3kPa、298K条件下, 断开1molAB(g)分子中的化学键使 其生成气态A原子和气态B原子所吸 收的能量称为AB键的键能。
(2)表示:常用EA-B表示
(3)单位: kJ/mol
某些共价键的键能
(4)键能大小与键的强度的关系:
180o 直线 BeCl2,C2H2
1个s + 2个p 1个s + 3个p
3个sp2杂化轨 4个sp3杂化轨


120o
109.5o
正三角形 BF3, BCl3
正四面体 CH4,CCl4
sp2 杂 化 轨 道
C2H4(sp2杂化)
乙烯中的C在轨道杂化时,有一个 P轨道未参与杂化,只是C的2s与两 个2p轨道发生杂化,形成三个相同的 sp2杂化轨道,三个sp2杂化轨道分别指 向平面三角形的三个顶点。未杂化p轨 道垂直于sp2杂化轨道所在平面。杂化 轨道间夹角为120°。
杂化轨道
基本要点:在形成分子时,由于原子的相 互影响,若干不同类型能量相近的原子轨 道混合起来,重新组合成一组新轨道。这 种轨道重新组合的过程叫做原子轨道的杂 化,所形成的新轨道就称为杂化轨道。
杂化前后轨道数目不变。 杂化后轨道伸展方向,形状发生改变。
由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4 个能量与形状完全相同的轨道。
C8H8
CH3OH
资料卡片: 形形色色的分子 C60
C20
C40
C70
H2O
碳原子:
甲烷的4个C — H单键都应该是σ键,然而, 碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的 2p轨道和1个球形的2s轨道,用它们跟4个氢 原子的1s原子轨道重叠,不可能得到四面体 构型的甲烷分子。??? 为了解决这一矛盾,鲍林提出了杂化轨道理论
所以在分子中,σ键是基础,且任何两个原 子之间只能形成一个σ键。
“交流·研讨” Cl2、HCl、H2S分子中的
共价键是σ键 ,还是π键 ?
σ键
3、共价键的特征
(1)饱和性:每个原子所能形成共价键的 总数或以单键连接的原子数目是一定 的,这称为共价键的饱和性。
(2)方向性:共价键尽可能沿着电子出 现概率最大的方向形成,这就是 共价键的方向性。
r
共价键的形成:
成键原子相互接近时,原子轨 道发生重叠,自旋方向相反的未成 对电子形成共用电子对,电子在两 原子核之间出现的概率增加,受到 两个原子核的吸引,导致体系的能 量降低,形成化学键。
一、共价键
1、共价键的形成及本质 (1)共价键的形成 :
电子在两原子核之间出现的概率增加,受到两个 原子核的吸引,导致体系的能量降低,形成化学键。
【小结】 π键的成键特点: ① “肩并肩”重叠成键; ② 电子云重叠程度不及σ键,较活泼; ③ π键必须与σ键共存; ④ π键不能自由旋转。
(3)σ键 与π键的比较
电子云形状 结构特征 强度 存 在
σ键 π键
头碰头 肩并肩
轴对称 较大 单、双、三键 镜像对称 较小 双、三键
【小结】一般说来,共价单键是σ键, 共价双键一般是σ+π键, 共价叁键则是σ+2π键,
【探究】以氢分子的形成为例研 究共价键的形成及共价键的本质
两个核外电子自旋方向 相同的氢原子靠近
v
V:势能 r:核间距
0
r
两个核外电子自旋方向 相反的氢原子靠近
v
V:势能 r:核间距
0
r
r0
v
V:势能 r:核间距
0 r0
r
r0
v
V:势能 r:核间距
0 r0
r
r0
v
V:势能 r:核间距
0 r0
a b
H2
HCl
组成 同种元素原子 不同种元素原子

原子吸引共用 电子对的能力
相同
不相同
共用电子对的 位置
征 成键原子的
电性
不偏向任何 一个原子
不显电性
偏向吸引电子 能力强的原子
显电性
结论
键无极性 键有极性
4、 非极性键和极性键 (1)非极性键: 同种非金属元素原子间形成的共
价键是非极性键(共用电子对无偏向)
(2)共价键的概念: 原子间通过共用电子形成的化学键。
(3)共价键的本质:高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核 之间的电性作用。
(4)共价键的形成条件: 通常,电负性相同或差值小的非金属元素原子 形成的化学键为共价键,成键原子一般具有未成对电子。
(5)表示方法: ① 电子式
② 结构式
2、σ键 与π键
(2).根据分子的价电子对数确定分 子的空间构型
价层电 子对数 2
3 45 6
电子对 直 平面 四 三 八
排布方 线 三角 面 角 面

形 形 体双体

几种常见的杂化轨道类型
杂化类型 sp sp2
sp3
杂化轨道空 间取向
杂化轨道中 孤对电子数
分子空间构 型
实例
键角
直线 形
0
直线 形
BeCl2 180°
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