【2019-2020年整理】共价键理论

(b)
74.1
r/pm
氢分子的 两种状态
两个氢原子接近时的能量变化曲线
量子力学对氢 分子系统的处理 表明：氢分子的 形成是两个氢原 子1s轨道重叠的 结果。
ψ-ψ
只有两个氢原 子的单电子自旋 方向相反时，两 个1s轨道才会有 效的重叠，形成 共价键。
ψ+ψ
氢分子形成和共价键本质
共价键的本质
共价键本质是两原子轨道重叠，成键 原子共享配对电子，电子云密集区把两个 带正电荷的原子核吸引在一起而形成稳定 的共价分子。 成键电子是围绕两个原子核运动的， 只不过在两核间出现的概率大. 而不是正、负离子间的库仑引力，所以它 不同于一般的静电作用。
N2分子形成示意图
在N2分子中有1个σ 键和2个π 键，其分子 结构式可用N N表示。
共价单键一般是σ 键，双键中有1个σ键 和1个π 键，三键中有 1个σ键和2个π键。
N2分子形成示意图
σ键和π键的特征比较
键的类型
原子轨道重叠方式 原子轨道重叠部位 原子轨道重叠程度 键的强度 化学活泼性
σ键
沿键轴方向“头碰头”重 叠 两原子核之间，在键轴上 大 较大 不活泼
π键
沿键轴方向“肩并肩”重 叠 键轴上方和下方，键轴处 为零 小 较小 活泼
正常共价键和配位共价键
如果是由成键两原子各提供一个电子,配对形成 的共价键，称为正常共价键。
如：H2、O2、HCl等分子中的共价键。
如果是由成键两原子中的一个原子单独提供电子对进 入另一个原子的空轨道共用而形成的共价键，称为配位共 价键，简称配位键。
NH
H
4
BF4
F

CO
HNH
FBF
CO

H
F
2s 2 p
2
2
2s 2 p
2
4
共价键的参数
表征共价键特征的物理量称为共价键 参数。 如键的极性、键长、键角、和键能。
.
共价键的参数
共价键的极性
共价键共用电子对是否偏移分类
1)极性键 弱极性键: 如H2S,HI中的共价键 2)非极性键: 如N2,H2中的共价键
现代价键理论要点
成 键 时 原子轨道只 有沿一定方 向接近，才 能达到最大 重叠，才能 形成共价键。
现代价键理论要点
共价键的类型--按原子轨道重叠方式不同 共价键分为σ键、π键。
键 :
沿键轴方向靠近，头碰头重叠成键 电子:形成键的电子.
肩并肩重叠成键 电子:形成键的电子.
键: 沿键轴方向靠近，在垂直于键轴方向
强极性键: 如H2O,HCl中的共价键
键的极性
如：H2、O2等。 • ±•
成键原子的电负性相同时，核 间的电子云密集区在两核的中间位 置，两原子核正电荷所形成的正电 荷重心和成键电子对的负电荷重心 恰好重合，这样的共价键称为非极 性共价键。
键的极性
成键原子的电负性不同时，核间的电子云 密集区偏向电负性较大的原子一端，使之带部 分负电荷，电负性较小的原子一端带部分正电 荷，键的正电荷重心和负电荷重心不重合，这 样的共价键称为极性共价键。
为了达到原子轨道最大程度的重叠，其中s-s、 s-px和px-px轨道沿着键轴方向以“头碰头”方式 进行重叠而形成的共价键称为σ键。
σ键中轨道重叠部分沿键轴呈圆柱形对称分布， x 轴为圆柱型轴心。
轨 道 重 叠
电子云分布 • •
s-s
px - s
•
•
px - px
•
•
σ键
两个相互平行的 py或pz 轨道则只能以“肩并 肩”的方式进行重叠，轨道重叠部分垂直于键轴， 轨道以“肩并肩”的方式进行重叠而形成的共价 键称为π键。
如：HCl、HBr等
+
–
共价键的参数
键能 在一定温度和标准压下断裂1mol化学 键所需要的能量。 共价键强弱的量度。
一般键能越大，共价键强度越大。 成键时放出能量，断键时吸收能量。
共价键的参数
一些共价键的键长和键能
共价键 H－H
H－ F H－Cl H－Br H－ I F－F
l/pm 74
92 127 141 161 141
E/kJ· mol1
共价键 Cl－Cl
Br－Br I－ I C－ C C＝ C C≡C
· mol- 共价键 l/pm E/kJ· moll/pm E/kJ1 1
436
570 432 366 298 159
Fra Baidu bibliotek
199
228 267 154 134 120
243
193 151 346 602 835
经典共价键理论 第一节 离子键
经典共价键电子理论 该理论认为两个或多个原子可以相互 “共用”一对或多对电子，以便达到路易 斯结构，而生成稳定的分子。
H· + · H → H∶H 或H－H
但不能解释一些分子的中心原子最外层电子数 少于或多于8个仍能稳定存在的事实。
氢分子形成和共价键本质
氢分子的形成
（ a）
现代价键理论要点
σ键、π键形成
现代价键理论要点
“s-s” σ键
现代价键理论要点
“s-p” σ键
现代价键理论要点
“p-p” σ键
现代价键理论要点
“p-p” π键
共价键的类型
对于含有成单的 s 电子或成单的 p 电子的原 子，它们可以通过s–s、s–px、px–px、py–py、 pz–pz等轨道重叠形成共价键。
为了区别于正常共价键，配位键用“”表示， 箭头从提供电子对的原子指向接受电子对的原子。
例如：
形成配位键，必须同时具备两个条件：
一个成键原子的价电子层有孤对电子；
另一个成键原子的价电子层有空轨道。
现代价键理论要点
特殊共价键: 配位共价键键 形成条件： 成键原子一方有孤对电子 另一方有空轨道. 例：
轨道重叠 轨道重叠
电子云分布
π键
现代价键理论要点
N 2分子中的σ键和π键示意图
例如，N原子的电子排 布式为：1s22s22p3，其中 3 个单电子分别占据 3 个互相 垂直的 p 轨道。
当两个N 原子结合成 N2 分 子时，各以 1 个 px 轨道沿 键轴以“头碰头”方式重叠 形成一个 σ 键后，余下的两 个 2py 和两个 2pz轨道只能 以“肩并肩”的方式进行重 叠，形成两个 π 键。
3. 成键时，两原子轨道重叠越多，两核 间电子云越密集，形成的共价键越牢固，这 称为原子轨道最大重叠原理。
原子轨道中，除s轨道呈球形对称外，p、d 等轨道都有一定的空间方向，在成键时它们只 有沿着一定的方向靠近才能达到最大程度的重 叠形成稳定的共价键。
这就是共价键的方向性。
例如：HCl分子的形成：