共价键与分子间力课件.pptx
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- 关 键 词:
- 共价键 分子 课件
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1、化学键化学键 定义:定义:分子或晶体中相邻两原子或分子或晶体中相邻两原子或 离子间的强烈作用力离子间的强烈作用力 类型:类型:(chemical bond)化学键化学键离子键离子键共价键共价键金属键金属键(ionic bond)(covalent bond)(metallic bond)正、负离子间靠静电作用形成的化学键正、负离子间靠静电作用形成的化学键(chemical bond)原子间通过共用电子对形成的化学键原子间通过共用电子对形成的化学键 通过自由电子将金属原子和金属离子联通过自由电子将金属原子和金属离子联 系在一起的作用力系在一起的作用力化学键化学键离子键离子键共价键共价键金属键金属
2、键(ionic bond)(covalent bond)(metallic bond)经典共价键理论经典共价键理论现代共价键理论现代共价键理论现代价键理论现代价键理论分子轨道理论分子轨道理论(valence bond theory)(molecular orbital theory)(chemical bond)现代价键理论现代价键理论Valence Bond Theory第一节第一节第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 1916年路易斯年路易斯(Lewis)提出经典共价键理论提出经典共价键理论共价键是由成键原子双方提供电子组成共价键是由成键原子双方提供电子组成 共用电子对所形成的。共用电子
3、对所形成的。1916年路易斯年路易斯(Lewis)提出经典共价键理论提出经典共价键理论共价键是由成键原子双方提供电子组成共价键是由成键原子双方提供电子组成 共用电子对所形成的。共用电子对所形成的。H +Cl H +Cl H Cl H Cl 第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 1916年路易斯年路易斯(Lewis)提出经典共价键理论提出经典共价键理论共价键是由成键原子双方提供电子组成共价键是由成键原子双方提供电子组成 共用电子对所形成的。共用电子对所形成的。H +Cl H +Cl H Cl H Cl Cl +ClCl +ClCl Cl Cl Cl 第一节第一节 现代价键理论现代价键理论191
4、6年路易斯年路易斯(Lewis)提出经典共价键理论提出经典共价键理论共价键是由成键原子双方提供电子组成共价键是由成键原子双方提供电子组成 共用电子对所形成的。共用电子对所形成的。初步揭示共价键初步揭示共价键与离子键的区别与离子键的区别无法解释电子配对成键的原因无法解释电子配对成键的原因及共价键的方向性等及共价键的方向性等成功成功缺陷缺陷第一节第一节 现代价键理论现代价键理论1916年路易斯年路易斯(Lewis)提出经典共价键理论提出经典共价键理论1927年海特勒年海特勒(Heitler)和和伦敦伦敦(London)用用 量子力学处理量子力学处理H2分子结构分子结构,揭示了共价键的,揭示了共价键
5、的 本质。本质。鲍林鲍林(Pauling)等在此基础上建立了等在此基础上建立了现代价现代价 键理论键理论(valence bond theory),简称简称VB法法。第一节第一节 现代价键理论现代价键理论一、氢分子的形成一、氢分子的形成基态基态电子云密集区电子云密集区当两个氢原子的当两个氢原子的单电子自旋方向相反单电子自旋方向相反时时第一节第一节 现代价键理论现代价键理论一、氢分子的形成一、氢分子的形成87pm87pmE(kJmol-1)r(pm)(pm)两个氢原子接近时的能量变化曲线(基态)两个氢原子接近时的能量变化曲线(基态)基态基态0 0当两个氢原子的当两个氢原子的单电子自旋方向相反单电
6、子自旋方向相反时时基态基态电子云密集区电子云密集区形成稳定共价键形成稳定共价键-388第一节第一节 现代价键理论现代价键理论一、氢分子的形成一、氢分子的形成 当两个氢原子的单电子当两个氢原子的单电子自旋方向相同自旋方向相同时时排斥态排斥态电子云稀疏区电子云稀疏区20 0第一节第一节 现代价键理论现代价键理论一、氢分子的形成一、氢分子的形成r(pm)(pm)两个氢原子接近时的能量变化曲线(排斥态)两个氢原子接近时的能量变化曲线(排斥态)排斥态排斥态电子云稀疏区电子云稀疏区不能成键不能成键E(kJmol-1)0 0排斥态排斥态当两个氢原子的当两个氢原子的单电子自旋方向相同单电子自旋方向相同时时20
7、 0第一节第一节 现代价键理论现代价键理论一、氢分子的形成一、氢分子的形成两个氢原子电子自旋方向两个氢原子电子自旋方向 相反相反 相同相同核间电子云密度核间电子云密度 增大增大 稀疏稀疏系统能量系统能量 降低降低 升高升高能否成键能否成键 成键成键 不能成键不能成键 成键的两原子轨道最大程度地重叠,成键的两原子轨道最大程度地重叠,两核间的电子云密集区与两核的强烈吸引两核间的电子云密集区与两核的强烈吸引作用。作用。共价键本质共价键本质二、现代价键理论的要点二、现代价键理论的要点1.共价键形成的必要条件共价键形成的必要条件两原子接近时,只有两原子接近时,只有自旋方向相反的单电自旋方向相反的单电子子
8、可以相互配对,使电子云密集于两核间可以相互配对,使电子云密集于两核间形成稳定的共价键。形成稳定的共价键。2.共价键的共价键的饱和性饱和性自旋方向相反的单电子配对形成共价键后,自旋方向相反的单电子配对形成共价键后,就不能再与其它单电子配对。就不能再与其它单电子配对。第一节第一节 现代价键理论现代价键理论二、现代价键理论的要点二、现代价键理论的要点3.共价键的共价键的方向性方向性共价键的形成将尽可能沿着共价键的形成将尽可能沿着原子轨道最大原子轨道最大程度重叠程度重叠的方向进行。的方向进行。“原子轨道最大重叠原理原子轨道最大重叠原理”第一节第一节 现代价键理论现代价键理论二、现代价键理论的要点二、现
9、代价键理论的要点3.共价键的共价键的方向性方向性共价键的形成将尽可能沿着共价键的形成将尽可能沿着原子轨道最大原子轨道最大程度重叠程度重叠的方向进行。的方向进行。xz3px-1sHCl成键示意图成键示意图最大重叠最大重叠+第一节第一节 现代价键理论现代价键理论二、现代价键理论的要点二、现代价键理论的要点3.共价键的共价键的方向性方向性共价键的形成将尽可能沿着共价键的形成将尽可能沿着原子轨道最大原子轨道最大程度重叠程度重叠的方向进行。的方向进行。xz3px-+1s非最大重叠非最大重叠xz3px-1sHCl成键示意图成键示意图最大重叠最大重叠+第一节第一节 现代价键理论现代价键理论二、现代价键理论的
10、要点二、现代价键理论的要点3.共价键的共价键的方向性方向性共价键的形成将尽可能沿着共价键的形成将尽可能沿着原子轨道最大原子轨道最大程度重叠程度重叠的方向进行。的方向进行。xz3px-+1s非最大重叠非最大重叠xz3px-1sHCl成键示意图成键示意图最大重叠最大重叠+第一节第一节 现代价键理论现代价键理论+第一节第一节 现代价键理论现代价键理论小结小结形成共价键的条件形成共价键的条件(1)要有单电子;要有单电子;(2)原子轨道能量相近;原子轨道能量相近;(3)电子云最大重叠;电子云最大重叠;(4)必须相对于键轴具有相同对称性原必须相对于键轴具有相同对称性原子轨道(即波函数角度分布图中的子轨道(
11、即波函数角度分布图中的+、+重重叠,叠,-、-重叠)重叠)三、共价键的类型三、共价键的类型键键 原子轨道最大重叠原理原子轨道最大重叠原理“头碰头头碰头”重叠重叠键键“肩并肩肩并肩”重叠重叠(一一)键和键和键键第一节第一节 现代价键理论现代价键理论“头碰头头碰头”重叠重叠键键s+s+s-spx+s+s-px+-xx+-+“头碰头头碰头”重叠重叠键键xs+s+s-sxpx+s+s-px-xpx+px-px-+-px特点:特点:重叠程度大,牢固,可单独存在。重叠程度大,牢固,可单独存在。+-+-“肩并肩肩并肩”重叠重叠键键x+-+pz-pz+-zzpzpzYYxzzZYXZY+pY-pY“肩并肩肩并
12、肩”重叠重叠键键特点:特点:重叠程度小,易断开,与重叠程度小,易断开,与共存。共存。pYpY+例例:N2分子形成示意图分子形成示意图N2s2px2py2pz第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 例例:N2分子形成示意图分子形成示意图NN2s2s2px2py2pz2px2py2pz键键键键第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 例例:N2分子形成示意图分子形成示意图NN2s2s2px2py2pz2px2py2pz键键键键键键YZ第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 例例:N2分子形成示意图分子形成示意图NN2s2s2px2py2pz2px2py2pz键键键键NNZY第一节第一节 现代价键理论
13、现代价键理论NN 例例:N2分子形成示意图分子形成示意图NN2s2s2px2py2pz2px2py2pz键键键键第一节第一节 现代价键理论现代价键理论键键键键重叠方式重叠方式头碰头头碰头肩并肩肩并肩重叠部分重叠部分沿键轴呈圆柱形沿键轴呈圆柱形对称分布对称分布垂直于键轴呈镜垂直于键轴呈镜面反对称分布面反对称分布重叠程度重叠程度较大较大较小较小存在方式存在方式可单独存在可单独存在与与键共存键共存稳定性稳定性较牢固较牢固较易断开较易断开例例s-s,s-px,px-pxpy-py,pz-pz(二二)正常共价键和配位共价键正常共价键和配位共价键 配位共价键定义配位共价键定义:由成键两原子中的一个原子单独
14、提供电子对进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所形成的共价键。入另一个原子的空轨道共用所形成的共价键。正常共价键定义正常共价键定义:由成键两原子各提供由成键两原子各提供1 1个电子配对成键的共价键。个电子配对成键的共价键。如:如:H2 、HCl 等等 (coordinate covalent bond)第一节第一节 现代价键理论现代价键理论由成键两原子中的由成键两原子中的一个原子单独提供电子对一个原子单独提供电子对进进入另一个原子的入另一个原子的空轨道空轨道共用所形成的共价键。共用所形成的共价键。C2s2px2py2pz(二二)正常共价键和配位共价键正常共价键和配
15、位共价键 配位共价键定义:配位共价键定义:第一节第一节 现代价键理论现代价键理论由成键两原子中的由成键两原子中的一个原子单独提供一个原子单独提供电子对电子对进进入另一个原子的入另一个原子的空轨道空轨道共用所形成的共价键。共用所形成的共价键。CO2s2s2px2py2pz2px2py2pz键键 键键配位键配位键(二二)正常共价键和配位共价键正常共价键和配位共价键 配位共价键定义配位共价键定义:第一节第一节 现代价键理论现代价键理论由成键两原子中的一个原子由成键两原子中的一个原子单独提供单独提供电子对电子对进进入另一个原子的入另一个原子的空轨道空轨道共用所形成的共价键。共用所形成的共价键。CO2s
16、2s2px2py2pz2px2py2pz键键 键键配位键配位键CO(二二)正常共价键和配位共价键正常共价键和配位共价键 配位共价键定义:配位共价键定义:第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 形成条件:形成条件:一个原子的价电子层有一个原子的价电子层有孤对电子孤对电子另一个原子的价电子层有另一个原子的价电子层有空轨道空轨道由成键两原子中的一个原子由成键两原子中的一个原子单独提供单独提供电子对电子对进进入另一个原子的入另一个原子的空轨道空轨道共用所形成的共价键。共用所形成的共价键。(二二)正常共价键和配位共价键正常共价键和配位共价键 配位共价键定义配位共价键定义:第一节第一节 现代价键理论现代价
17、键理论CO第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 形成条件:形成条件:一个原子的价电子层有一个原子的价电子层有孤对电子孤对电子另一个原子的价电子层有另一个原子的价电子层有空轨道空轨道由成键两原子中的一个原子由成键两原子中的一个原子单独提供单独提供电子对电子对进进入另一个原子的入另一个原子的空轨道空轨道共用所形成的共价键。共用所形成的共价键。(二二)正常共价键和配位共价键正常共价键和配位共价键 配位共价键定义配位共价键定义:H3NH+.四、键参数四、键参数(bond parameter)键参数键参数表征化学键性质的物理量表征化学键性质的物理量键能键能键长键长键角键角键的极性键的极性(bond e
18、nergy)(bond length)(bond angle)(bond polar)第一节第一节 现代价键理论现代价键理论四、键参数四、键参数(bond parameter)(一一)键能键能化学键的平均解离能化学键的平均解离能键能愈大,键愈牢固。键能愈大,键愈牢固。H2(g)H(g)+H(g)E(H-H)=D(H-H)=436kJ.mol-1 (1(1mol理想气态理想气态)101.3kPa 298.15K例例:(理想气态理想气态)双原子分子双原子分子:第一节第一节 现代价键理论现代价键理论键能键能 解离能解离能四、键参数四、键参数(bond parameter)(一一)键能键能 化学键的平
19、均解离能化学键的平均解离能键能愈大,键愈牢固。键能愈大,键愈牢固。H2O(g)OH(g)+H(g)E(O-H)=101.3kPa298.15KOH(g)D1 D22D1=502kJ.mol-1D2=423.7kJ.mol-1多原子分子多原子分子:O(g)+H(g)=463 kJ.mol-1第一节第一节 现代价键理论现代价键理论四、键参数四、键参数(bond parameter)(二)二)键长键长分子中两成键原子的核间分子中两成键原子的核间 平衡距离(平均键长)平衡距离(平均键长)键长愈短,键愈牢固。键长愈短,键愈牢固。单键键长双键键长三键键长单键键长双键键长三键键长例:例:C-C 154pmC
20、=C 134pmCC 120pm第一节第一节 现代价键理论现代价键理论(三)(三)键角键角分子中同一原子形成的两分子中同一原子形成的两 个化学键间的夹角个化学键间的夹角直线形结构直线形结构OHH1041044545BeClCl180180V形结构形结构键角键角+键长键长分子空间构型分子空间构型确定确定四、键参数四、键参数(bond parameter)第一节第一节 现代价键理论现代价键理论(四)(四)键的极性键的极性 由成键原子的电负性由成键原子的电负性 不同而引起不同而引起H2分子分子四、键参数四、键参数(bond parameter)第一节第一节 现代价键理论现代价键理论HHH2分子分子H
21、Cl分子分子正、负电荷重心重合正、负电荷重心重合非极性共价键非极性共价键四、键参数四、键参数(bond parameter)(2.18)(四)(四)键的极性键的极性 由成键原子的电负性由成键原子的电负性 不同而引起不同而引起 第一节第一节 现代价键理论现代价键理论HHHClH2分子分子HCl分子分子正、负电荷重心重合正、负电荷重心重合非极性共价键非极性共价键正、负电荷重心不重合正、负电荷重心不重合极性共价键极性共价键四、键参数四、键参数(bond parameter)(2.18)(3.16)(四)(四)键的极性键的极性 由成键原子的电负性由成键原子的电负性 不同而引起不同而引起 第一节第一节
22、现代价键理论现代价键理论四、键参数四、键参数(bond parameter)键型与成键原子电负性差值的关系键型与成键原子电负性差值的关系物质物质NaClHFHClHBrHICl2电负性差值电负性差值 2.1 1.9 0.9 0.7 0.4 0 键型键型 离子键离子键 极极 性性 共共 价价 键键 非极性非极性 共价键共价键 (四)(四)键的极性键的极性 由成键原子的电负性由成键原子的电负性 不同而引起不同而引起第一节第一节 现代价键理论现代价键理论杂化轨道理论杂化轨道理论第二节第二节价键理论价键理论共价键的形成共价键的形成第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论共价键的方向性和饱和性共价键的方向
23、性和饱和性说明了说明了解释了解释了无法解释无法解释H2O中中O-H键角键角10445CH4为正四面体结构为正四面体结构CHHHH1091092828CH4分子的形成分子的形成CH4分子的形成分子的形成2 2s2 2pC的基态的基态激发激发CHHHH1091092828吸能吸能CH4分子的形成分子的形成2 2s2 2s2 2p2 2pC的基态的基态C的激发态的激发态激发激发与与H 成键成键CHHHH1091092828CH4分子的形成分子的形成2 2s2 2s2 2p2 2pC的基态的基态C的激发态的激发态激发激发s-ss-p1个个C-H3个个C-H与与H 成键成键CHHHH1091092828
24、CH4分子的形成分子的形成2 2s2 2s2 2p2 2pC的基态的基态C的激发态的激发态激发激发s-ss-p1个个C-H3个个C-H与与H 成键成键CH(s-s)CH(s-p)CH4正四面体构型正四面体构型价键理论价键理论共价键的形成共价键的形成第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论共价键的方向性和饱和性共价键的方向性和饱和性说明了说明了解释了解释了无法解释无法解释1931年年 Pauling 等人等人提出了杂化轨道理论提出了杂化轨道理论在此基础在此基础H2O中中O-H键角键角10445CH4为正四面体结构为正四面体结构一、杂化轨道理论的要点一、杂化轨道理论的要点1.轨道杂化和杂化轨道轨道杂
25、化和杂化轨道 成键过程中,同一原子的几个成键过程中,同一原子的几个能量相能量相近近的原子轨道可进行组合,重新分配能量的原子轨道可进行组合,重新分配能量和空间方向,组成和空间方向,组成数目相等数目相等的新的原子轨的新的原子轨道。道。过过 程程轨道杂化轨道杂化新轨道新轨道杂化轨道杂化轨道Hybrid orbital theory第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论一、杂化轨道理论的要点一、杂化轨道理论的要点2.杂化轨道提高了成键能力杂化轨道提高了成键能力 杂化轨道的角度波函数在某个方向的杂化轨道的角度波函数在某个方向的值比杂化前大得多,值比杂化前大得多,更利于轨道最大程度更利于轨道最大程度重叠重
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