有机第二章有机化合物的化学键教案

·
即甲烷的键能是四种C—H的离解能的平均值， 为414kJ·mol－1。
键能反映了共价键的强度，键能愈大则键愈牢固。
2.3 共价键的断裂方式与有机反应的类型 (1) 断键方式与反应类型
特点：是更确切，接近于实际。
2.2 共价键的基本属性
共价键的各种属性都在不同程度上影响着分子的理化性质。
(1) 共价键的极性和极化 a 键的极性
① 非极性共价键： 例： H—H， Cl—Cl
② 极性共价键：

例：H—Cl，
CH3—Cl
键的极性是由于成键原子的电负性(P18表1-4)不同而引起的。
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图2-14 两个氢原子形成氢分子的轨道能级图
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H.
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H H s*
antibonding
H .. H
.H
bonding
HH s 35
氢原子形成氢分子的轨道能级图：
原子轨道
1s
反键分子轨道
原子轨道
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(2) 键长
成键原子的平衡核间距。以nm(10-9m)表示。
• 不同的共价键有不同的键长； 例如： C—C 键长0.154nm C—H 键长0.109nm C=C 键长0.133nm C—O 键长0.143nm
• 相同的共价键，处于不同的化学环境时，键长也稍有差异。 • 一般地：键长越短，化学键越牢固，越不容易断开。
(3) 键角
键角： 两价以上的原子在与其它原子成键时，键与键之间的夹角。 键角与成键中心原子的杂化态有关，也受分子中其他原子的影响。
H 121o H
C = C 118o
戊烷
H
H
乙烯
键角反映分子的空间结构。
(4) 键能
H·＋ ·H → H∶H（放出能量） H∶H → H· ＋ ·H （吸收能量） ① 气态双原子分子的键能也是键的解离能。 ② 多原子分子的键能，与键的离解能不完全一致， 是分子中几个同类型键解离能的平均值。
第二章共价键
2.1化学键的类型
(1) 离子键
(2) 共价键
(3) 配位键
2.2共价键的形成
(1) 价键法
(2) 杂化轨道理论 (3) 分子轨道法
2.3 共价键的基本属性
(1) 共价键的极性和极化
(2) 键长
(3) 键角 2.4 共价键的断裂方式与有机反应的类型
(4) 键能
(1) 断键方式与反应类型
例如：




H Cl ， CH3 Cl ， CH3 OH
• 一般地：成键原子电负性差大于1.7，形成离子键；
成键原子电负性差为0.5～1.6，形成极性共价键。 在双原子分子中，键的偶极矩就是分子的偶极矩 在多原子分子中，分子的偶极矩是分子中各个共价键的偶极 矩的向量和
μ＝q×d [μ的单位：C·m(库仑·米)] 分子的极性用偶极矩(键矩)来度量：
① sp杂化轨道的s成分更大，电子云离核更近! ②两个sp杂化轨道取最大键角180°。所以：
C
HC
CH
HC
CH
sp杂化碳为直线构型 乙炔分子的σ骨架
2个相互⊥的π键
(动画)
(动画，乙炔的结构)
乙炔分子中电子云的形状为对称于σC-C键的圆筒形。
sp杂化
2p 2s
激发
2p 2s
sp杂化
图2-9 sp杂化轨道的形成
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(b) sp3杂化 甲烷分子中的碳原子采取sp3杂化。杂化的结果：
sp 3
①sp3轨道具有更强的成键能力和更大的方向性。
②四个sp3杂化轨道完全相同，取最大的空间距离为正四面体构
型，轨道夹角为109.5°。
(动画)
构型——原子在空间的排列方式。
③四个H原子只能从四面体的四个顶点进行重叠(因顶点方向电子
C：1s22s22p2
共价键：分子中原子之间是通过 电子对结合成键 的，并使成键原子达到稳定的稀有气体结构，这种原 子与原子之间靠共用电子对所产生的化学结合力。
H· + ·H → H∶H
或写成 H－H
结构
短线式
Lewis
单键：共用一对电子形成的键； 双键或三键：若共用两对或三对电子形成的键。 例：甲烷，乙烯，乙炔。
1、没有方向性和饱和性。
2、电负性相差越大，两原子之间形成的化学键的离
子 性越强。
3、电负性差≥1.7时
以离子键为主。
共享电子对形成的化学键。 1、共价键具有饱和性。 2、方向性（最大重叠）。
3 配位键
一方提供电子另一个原子的价电子层有可 能接受孤对电子的空轨道而形成的化学键。
2.2共价键的形成
2.2.1 共价键的形成
q——正、负电中心的电荷
d ——电荷中心之间的距离
例：H—Cl
偶极距和键的极化性反映了分子的化学反应活性．
CH3—Cl
b. 分子的极性
分子极性：是分子中各个键极性的总和，是分子中各个共价键偶极矩的向量和。 分子的极性不仅取决于各个共价键的极性大小，还取决于各个键的空间分布和方 向。 CCl4 µ=0 ?
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(b) sp2杂化
乙烯分子中的碳原子采取sp2杂化。 杂化的结果：
sp 2
sp 3
sp2轨道的s成份更大些
H C
H
H C
H
。
120
C
3个sp 2杂化轨道 。
取最大键角为120
未与参3个加s杂p 2化杂的化p轨轨道道垂直
(动画)
H C
H
H C
H
未参与杂化的p轨道间肩并肩重叠形成π键 (动画)
• 未参与杂化的p轨道可形成π键，如C=C、C=O、C≡C、 C≡N等。
(3) 分子轨道法
分子轨道理论（Molecular-orbital method，简称MO法）
由原子形成分子时，原子轨道首先形成分子轨 道
分子轨道是电子在整个分子运动的状态函数．
（用波函数ψ来描述 ）
一个分子中的分子轨道数目与原子轨道相 等．波函数相加组成ψ1=φA+φB，为成键轨 道；波函数相减组成ψ2=φA-φB，为反键轨 道．
(1) 价键法
价键理论—电子配对法
共价键的形成是由于成键原子的原子轨道相互交盖的结果。
电子云交盖使成键两原子间电子出现的几率增 加，电子云密度增大，增加了对成键两原子的原子 核的吸引力，减小两核之间的排斥力，降低了体系 的能量而结合成键。
氢分子形成示意图：
· ＋ ·→
·· ＝
1s
1s
氢原子
轨道交盖
键的极性可引起分子的极性，分子的偶极矩等于键的偶极矩
的矢量和。例如：
HH O
O CO
有极性
无极性
H HC H
H 无极性
Cl
HC H H
有极性
• 分子的极性影响化合物的沸点、熔点和溶解度等。
举例：
H—Cl
μ = 3.57×10－30C ·m
H—C
C—H
O＝C＝O
μ＝0 μ＝0
CH3—Cl
μ = 6.47×10－30C ·m
+
-
-φ B
φA φB
+
+
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φ A－ φ B
+
-
φ A+φ B
+
+
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氢分子的形成
当两个氢原子轨道波函数符号相同，相互 叠加，得到比原子轨道能量低的成键轨道 （φ１），当两个氢原子轨道波函数符号相 反，相互抵消，得到比原子轨道能量高的 反键轨道（φ２）．
在基态时，两个自旋反平行的电子首先占 据成键轨道，反键轨道是空的．
··
氢分子
电子云交盖程度越大，则成键两原子之间的电 子云密度也越大，所形成的共价键也越牢固。
共价键的特点：
①方向性：除s 轨道外，其它成键的原子轨道都不 是球形对称的，所以共价键具有明显的方向性。
② 饱和性：成键电子必须是自旋反平行的未成对 电子，才能相互接近来自百度文库结合成键，如果一个原子的 未成对电子与另一个原子未成对电子结合，就不能 再与第三个电子配对。
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杂化轨道理论－杂化的作用
原子轨道经过杂化后再与其它原子或基团形成共价 键，有以下几个有利因素：
①杂化能使原子尽可能形成最多的共价键，使分子的 热力学稳定性提高；
②杂化扩展了成键原子轨道的伸展半径，有利于成键 原子轨道间实现最大重叠，使共价键的稳定性提高；
③杂化使原子轨道能以最佳的空间夹角与成键原子相 结合，使分子中各键合原子(包括与未成键的孤 对电子)间尽可能相距最远，排斥力最小。
判断极性和非极性分子？（3条） ①偶极矩为零的分子是非极性分子， ②偶极矩不等于零的分子是极性分子。 ③偶极矩越大，分子的极性越强。
c键的极化
键的极化：由于外界电场作用而引起键的极性变 化的现象称为键的极化（Polarization)．键的极 化是在外界电场作用下产生的一种动态的暂时现 象．
极化度（可极化性）：分子或共价键产生暂时极 性的能力称为极化度．共价键成键电子云流动性 越大，成键原子的原子半径越大，键的极化度越 大，化学活性越大，反之亦然见书20．
根据价键理论的观点：成键电子处于以共价键相 连原子的区域内，即成键电子处于成键原子之间， 是定域的。
(2) 杂化轨道理论
(a) 杂化轨道理论
C: 2s2 2p2
激发 s轨道 p轨道
杂化 (线性组合)
4个sp3 杂化轨道
(sp3 杂化)
3个sp2
p轨道
(sp2 杂化)
(sp杂化)
2个sp p轨道
杂化轨道理论
1s
成键分子轨道
分子轨道理论的成键三原则
分子轨道理论认为，由原子轨道形成分子轨 道时必须满足成键三原则17 （１）能量相近原则； （２）电子云最大重叠原则； （３）对称性匹配原则．
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图2-15 1s与2p 轨道的重叠
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s轨道
+
p
轨道 y
+
s轨道
+
-
+
p
轨道 x
-
+
-
+
杂化轨道理论认为碳原子在成键时，受外 界能量和结构环境的影响，其s轨道和p轨 道将通过激发和重组形成新的轨道。这种 经过激发和重组后的新的原子轨道称为杂 化轨道。
碳原子杂化后形成四价化合物的过程是一 个能量降低，趋于稳定的有利过程。
杂化类型：sp3、sp2、sp杂化 。
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sp2杂化
2p 2s
激发
sp2杂化
2p 2s
图2-6 sp2 杂化轨道的形成
2p sp2
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H
H
CC
H
H
H
H
或
CC
H
H
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sp2杂化碳
乙烯（CH2=CH2）
π
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H
H
HH
CC
或 CC
H
H
HH
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乙烯分子模型
(c) sp杂化
乙炔分子中的碳原子采取sp杂化。 sp杂化的结果：
-
+
+-+
能 量
+
+
+
-
-
反键轨道，π *
+
-
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py
py
成键轨道，π
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ｃ、ｅ、ｆ
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价键理论和分子轨道理论的区别和特点：
价键理论：形成共价键的电子只处于形成共价 键的两原子之间。（定域观点）
特点：是直观形象，易于理解。
分子轨道理论：形成共价键的电子是分布在 整个分子之中。（离域观点）
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电子从原子轨道进入分子的成键轨道， 形成化学键，使体系能量降低，形成 稳定分子．
分子轨道法认为形成化学键的电子在 整个分子中运动，是离域的．
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分子轨道理论
分子轨道是电子在整个分子中运动的状态函数， 常用ψ表示。
氢分子形成示意图：
φA φB
2p sp
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p
π
p
sp
HC
πC
H ≡ HCCH
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Sp杂化碳
乙炔结构模型
• 不同杂化态碳原子的电负性不同，导致其与氢原子或其他 原子形成的σ键的性质不同。
电负性：sp杂化碳> sp2杂化碳> sp3杂化碳 !
• 杂化轨道可形成σ键，如C-H、C-C、C-X、C-O、C-N等。σ 键是有机分子构成碳链或碳环的基础。
解离能是指特定共价键的键能。
以甲烷为例，其各键的离解能为：
CH4 → CH·3 ＋ H
·CH3 → CH2·＋·H
C·H2 ·CH
→ →
CH C
＋＋· ··HH
··
· ··
·
·
Ed（C·H3—H）=423kJ·mol－1
Ed（C·H2—H）=439kJ·mol－1 Ed（CH—H）=448kJ·mol－1 Ed（·CH—H）=347kJ·mol－1
(2) 均裂 自由基反应
(3) 异裂 离子型反应
(4) 周环反应
第二章共价键
2.5分子间的作用力及其对熔点、沸点、溶解度的影响 (1) 分子间的作用力
1偶极-偶极作用
2色散力
3氢键
(2) 分子间作用力对某些物理性质的影响
1对沸点熔点的影响
2对溶解度的影响
2.1化学键的类型
1 离子键 2 共价键
由正负离子通过强烈的静电作用而形成的化学键。
云密度最大),形成4个σC—H键。
(动画)
sp3杂化
激发
sp3杂化
2p 2s
2p 2s
sp3
图2-3 sp3 杂化轨道的形成
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≡
甲烷的形成
109°28′
H
H
σ键
C H
H
14
sp3杂化碳
甲烷分子模型
乙烷（ＣＨ３ＣＨ３）
H
σ
≡
H
σ
Cσ
σ
H
H σH Cσ
σ
H
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