1、2022-4-291第三章第三章 原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)2022-4-292內(nèi)容提要內(nèi)容提要1. 1. 原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)2.2.分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu) 共價(jià)鍵理論 雜化與雜化軌道 分子間力 核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：四個(gè)量子數(shù)（主量 子數(shù) n，角量子數(shù)l，磁量子數(shù)m，自旋量 子數(shù)ms） 核外電子的排布規(guī)律 原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)2022-4-293教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求1. 掌握原子核外電子的排布規(guī)律；分子間作用力和氫鍵的特點(diǎn)。2. 熟悉鍵和鍵的形成與特征；共價(jià)鍵的實(shí)質(zhì)、價(jià)鍵理論及雜化軌道理論。3. 了解原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特征。 2022-4-294重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)、難點(diǎn)原子核外電子的排布規(guī)

2、律；分子間作用力和氫鍵的特點(diǎn)。核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特征；原子核外電子的排布；雜化軌道理論及其示例；鍵和鍵的形成與特征；分子間作用力和氫鍵的特點(diǎn)。 2022-4-295第一節(jié)第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu) 原子原子 原子核（原子核（atom nucleis）帶正電帶正電電子電子(electron) 帶負(fù)電帶負(fù)電 原子中電子的運(yùn)動(dòng)具有波粒二象性。電子質(zhì)量特別輕，原子中電子的運(yùn)動(dòng)具有波粒二象性。電子質(zhì)量特別輕，運(yùn)動(dòng)速度非常快，因此，運(yùn)動(dòng)速度非常快，因此，微觀粒子運(yùn)動(dòng)不存在既確定位置又微觀粒子運(yùn)動(dòng)不存在既確定位置又確定速度的運(yùn)動(dòng)軌跡確定速度的運(yùn)動(dòng)軌跡。 一、核外電子的運(yùn)動(dòng)一、核外電子的運(yùn)動(dòng) 電子等微觀粒子的運(yùn)

3、動(dòng)不遵守經(jīng)典物理學(xué)規(guī)電子等微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不遵守經(jīng)典物理學(xué)規(guī)律，必須用量子力學(xué)方法來(lái)描述。律，必須用量子力學(xué)方法來(lái)描述。2022-4-296 電子云電子云(electron cloud) 圖形圖形a是基態(tài)氫原子是基態(tài)氫原子2的立體圖，的立體圖，b是剖面圖。黑色是剖面圖。黑色深的地方概率密度大，淺的地方概率密度小。概率密度深的地方概率密度大，淺的地方概率密度小。概率密度的幾何圖形俗稱電子云。的幾何圖形俗稱電子云。ab 用單位體積內(nèi)小黑點(diǎn)的數(shù)目多少來(lái)表示電子出現(xiàn)幾率或概幾率或概率率(probability) 。小黑點(diǎn)越密集，表示電子在這區(qū)域出現(xiàn)的幾率密度越大。 描述電子在原子核外空間出現(xiàn)的幾率分布，

4、似核外籠罩著描述電子在原子核外空間出現(xiàn)的幾率分布，似核外籠罩著帶有負(fù)電荷的帶有負(fù)電荷的“云云”,因此形象地稱為因此形象地稱為“電子云電子云”(electron cloud)。 核外電子的運(yùn)動(dòng)核外電子的運(yùn)動(dòng)2022-4-297 1. 主量子數(shù)主量子數(shù)（principal quantum number）符號(hào)符號(hào) n，可以取任意正整數(shù)值，可以取任意正整數(shù)值，即 n = 1，2，3， （符號(hào)） K L M N O決定電子離核的平均距離，或者說(shuō)“原子軌道”的大小，也稱電子層電子層(shell) 。是決定電子能量的主要因素。 n 越大，越大，E越高越高。四個(gè)量子數(shù)四個(gè)量子數(shù)核外電子的運(yùn)動(dòng)核外電子的運(yùn)動(dòng)20

5、22-4-298 2電子亞層和電子云的形狀電子亞層和電子云的形狀 電子在同一層中運(yùn)動(dòng)，電子云的形狀也不相同，電子在同一層中運(yùn)動(dòng)，電子云的形狀也不相同，能量也有差別，可將一個(gè)電子層分為一個(gè)或者幾個(gè)能量也有差別，可將一個(gè)電子層分為一個(gè)或者幾個(gè)亞層，常用角量子數(shù)表示亞層，常用角量子數(shù)表示符號(hào)符號(hào) l ，它只能取小于，它只能取小于 n 的正整數(shù)和零的正整數(shù)和零 l = 0、1、2、3 (n 1)，共可取n個(gè)值 s p d f (光譜學(xué)描述) 它決定原子軌道的形狀原子軌道的形狀(n種)，也稱為電子亞層電子亞層能量高低能量高低：(n相同，電子云形狀越復(fù)雜，電子云形狀越復(fù)雜，E越高越高) ns np nd

6、nf Ex. 4s4p4d4f核外電子的運(yùn)動(dòng)核外電子的運(yùn)動(dòng)2022-4-299核外電子的運(yùn)動(dòng)核外電子的運(yùn)動(dòng)s電子云呈球形，電子云呈球形，沒(méi)有方向性。沒(méi)有方向性。 p電子云呈啞電子云呈啞鈴形，有方鈴形，有方向性。向性。xydxys sxzpxpzxzxypyd電子云花瓣形，電子云花瓣形，有方向性。有方向性。2022-4-2910n值值 l 取值取值 軌道符號(hào)軌道符號(hào) 電子亞層符號(hào)電子亞層符號(hào) 軌道形狀軌道形狀1 0 s1ss為球形對(duì)稱為球形對(duì)稱 2 0、1 s、p2s、2pp為啞鈴形為啞鈴形 3 0、1、2 s、p、d3s、3p、3dd為花瓣形為花瓣形 4 0、1、2、3 s、p、d、f 4s、

7、4p、4d、4ff 形狀復(fù)雜形狀復(fù)雜 n 0、1、2、3、4(n-1) l與與n的取值關(guān)系及軌道符號(hào)、軌道形狀的取值關(guān)系及軌道符號(hào)、軌道形狀核外電子的運(yùn)動(dòng)核外電子的運(yùn)動(dòng)2022-4-29113. 磁量子數(shù)磁量子數(shù)(magnetic quantum number)符號(hào)符號(hào) m = 0、1、2，l決定原子軌道的空間取向空間取向。 l 亞層共有 2l+1個(gè)不同空間伸展方向的原子軌道。 例如：例如：l = 0時(shí)，時(shí)，m = 0，s 軌道有一種取向，或軌道有一種取向，或 l 亞層有亞層有1個(gè)個(gè)s 軌道；軌道； l =1時(shí)，時(shí)，m = 0、1，p軌道有三種取向，或軌道有三種取向，或 l 亞層有亞層有3個(gè)個(gè)

8、p軌道。軌道。相同能級(jí)的軌道能量相等，稱為簡(jiǎn)并軌道或等價(jià)軌等價(jià)軌道道（equivalent orbital）。 核外電子的運(yùn)動(dòng)核外電子的運(yùn)動(dòng)2022-4-2912F s亞層的電子稱為亞層的電子稱為s電子云，電子云，s電子云為球電子云為球 形形，也即，也即s電子的運(yùn)動(dòng)電子的運(yùn)動(dòng)“軌道軌道”為球形；為球形；xzy核外電子的運(yùn)動(dòng)核外電子的運(yùn)動(dòng)l0時(shí)，則時(shí)，則m0，表示只有一個(gè)取向表示只有一個(gè)取向的的s電子云。電子云。 s 電 子 云 呈電 子 云 呈球形，沒(méi)有球形，沒(méi)有方向性。方向性。 2022-4-2913F p亞層的電子稱為亞層的電子稱為p電子，電子，p電子云為啞鈴形電子云為啞鈴形， 也即也即p

9、電子的運(yùn)動(dòng)電子的運(yùn)動(dòng)“軌道軌道”為啞鈴形；為啞鈴形；xyz2p2zY22pxYxyzxyz2p2yY核外電子的運(yùn)動(dòng)核外電子的運(yùn)動(dòng) l1時(shí)，則時(shí)，則m- -1、0、+l，表示有表示有3個(gè)軌道、個(gè)軌道、 p電子云具電子云具有三個(gè)伸展方向。有三個(gè)伸展方向。 p電子云呈啞鈴形，有方電子云呈啞鈴形，有方向性，可取向性，可取x、y、z三個(gè)互三個(gè)互相垂直的軸的方向。相垂直的軸的方向。2022-4-2914Fd亞層的電子稱為亞層的電子稱為d電子，電子，d電子云為花瓣形電子云為花瓣形， 也即也即d電子的運(yùn)動(dòng)電子的運(yùn)動(dòng)“軌道軌道”為花瓣形。為花瓣形。2d3zxyz22d3yx xyzxyd3xyzxzd3xyzy

10、zd3xyz核外電子的運(yùn)動(dòng)核外電子的運(yùn)動(dòng) l2時(shí)，則時(shí)，則m0，1，2，表示，表示d 電子云有五個(gè)伸展方向，電子云有五個(gè)伸展方向，d 亞層有五個(gè)軌道亞層有五個(gè)軌道(dxy、dyz、dxz、dz2、dx2y2)稱為稱為d軌道。軌道。 3d態(tài)：態(tài)： n3，l2時(shí)，時(shí)，則則m0，1，22022-4-2915小結(jié)：量子數(shù)與電子云的關(guān)系小結(jié)：量子數(shù)與電子云的關(guān)系 n：決定電子云的大小 l：描述電子云的形狀 m：描述電子云的伸展方向 核外電子的運(yùn)動(dòng)核外電子的運(yùn)動(dòng) n：決定電子云的大小2022-4-2916 n, l, m 一定，軌道也確定。一定，軌道也確定。 n 0 1 2 3 軌道l s p d f 例

11、如: n =2， l =0， m =0， n =3， l =1， m =0， n =3， l =2， m =0，思考題：思考題：當(dāng)當(dāng)n為為3時(shí)時(shí), l 、m 分別可以取何值？軌道的分別可以取何值？軌道的 名稱怎樣名稱怎樣?核外電子的運(yùn)動(dòng)核外電子的運(yùn)動(dòng)2s 3pz 3dz22022-4-29174. 自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) (spin quantum number)符號(hào)ms ，取+和-兩個(gè)值，表示電子兩種相反的自旋方向自旋方向，也可用箭頭符號(hào)和表示。兩個(gè)電子自旋方向相同稱為平行自旋，方向相反稱反平行自旋。原子軌道由原子軌道由 n、l 和和 m 決定，電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由決定，電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由 n、l、m、

12、ms 確定。確定。一個(gè)原子軌道最多容納兩個(gè)自旋相反的電子一個(gè)原子軌道最多容納兩個(gè)自旋相反的電子，每個(gè)電子層最多容納的電子總數(shù)應(yīng)為2n2。核外電子的運(yùn)動(dòng)核外電子的運(yùn)動(dòng)2022-4-2918量子數(shù)組合和量子數(shù)組合和原子原子軌道數(shù)軌道數(shù)nlm亞層軌道數(shù)亞層軌道數(shù)(2l1) 同層軌道數(shù)同層軌道數(shù)(n2)容納電子數(shù)容納電子數(shù)(2n2)10011220014810, 1320, 1, 25核外電子的運(yùn)動(dòng)核外電子的運(yùn)動(dòng)4001163210, 1320, 1, 2530, 1, 2, 372022-4-2919例：例：(1) n = 3的原子軌道可有哪些軌道角量子數(shù)和磁量子數(shù)？的原子

13、軌道可有哪些軌道角量子數(shù)和磁量子數(shù)？該電子層有多少原子軌道？該電子層有多少原子軌道？ (2) Na原子的最外層電子處于原子的最外層電子處于3s亞層，試用亞層，試用n、l、 m 、 ms 量子數(shù)來(lái)描述它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。量子數(shù)來(lái)描述它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。解：解：(1) 當(dāng)當(dāng) n = 3，l = 0，1，2； 當(dāng)當(dāng) l = 0，m = 0； 當(dāng)當(dāng) l = 1，m = - -1，0，+1； 當(dāng)當(dāng) l = 2， m = - -2，- -1，0，+1，+2； 共有共有9個(gè)原子軌道。個(gè)原子軌道。 (2) 3s亞層的亞層的n = 3、l = 0、m = 0，電子的運(yùn)動(dòng)狀，電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可表示為態(tài)可表示為3，0，0，+ 1

14、/2（或（或- - 1/2 ）。）。 核外電子的運(yùn)動(dòng)核外電子的運(yùn)動(dòng)2022-4-2920例：下列各組量子數(shù)哪些不合理？例：下列各組量子數(shù)哪些不合理？ 1. n = 2, l = 1, m = 0 2. n = 2, l = 0, m = -1 3. n = 2, l = 2, m = -1 4. n = 2, l = 3, m = 2 5. n = 3, l = 1, m = 1 6. n = 3, l = 0, m = 1 2 3 4 6核外電子的運(yùn)動(dòng)核外電子的運(yùn)動(dòng)2022-4-2921 基態(tài)原子的電子排布三原則基態(tài)原子的電子排布三原則 1. Pauli不相容原理不相容原理(Pauli ex

15、clusion principle) 同一原子中不可能存在四個(gè)量子數(shù)完同一原子中不可能存在四個(gè)量子數(shù)完 全相同的電子。全相同的電子。 如果兩個(gè)電子的n、l、m相同，ms必然相反。即一個(gè)原子軌道中不存在自旋相同的兩個(gè)電子。 例如例如，Ca原子的兩個(gè)4s電子，一個(gè)是 (4,0,0, )，另一個(gè)則是(4,0,0 -) 。三、原子核外電子的排布規(guī)律三、原子核外電子的排布規(guī)律 電子組態(tài)電子組態(tài) (electronic configuration)如：例： 正確 錯(cuò)誤 2022-4-2922 2. 能量最低原理能量最低原理 (building-up principle)： 基態(tài)原子電子排布時(shí)，總是先占據(jù)能

16、量最低的基態(tài)原子電子排布時(shí)，總是先占據(jù)能量最低的軌道。當(dāng)?shù)湍芰寇壍勒紳M后，才進(jìn)入高能量的軌道。當(dāng)?shù)湍芰寇壍勒紳M后，才進(jìn)入高能量的軌道，以使整個(gè)原子能量最低。軌道，以使整個(gè)原子能量最低。 例例1. 1H：1s1； 2He：1s2； 3Li：1s22s1 原子核外電子的排布規(guī)律原子核外電子的排布規(guī)律 原子軌道能級(jí)：原子軌道能級(jí)：每一個(gè)亞層都看作是一個(gè)能級(jí)。每一個(gè)亞層都看作是一個(gè)能級(jí)。 例如：例如：1s、2p、3d 等等 原子軌道能級(jí)：原子軌道能級(jí)：每一個(gè)亞層都看作是一個(gè)能級(jí)。每一個(gè)亞層都看作是一個(gè)能級(jí)。 例如：例如：1s、2p、3d 等等 2022-4-2923 能級(jí)能量高低的比較能級(jí)能量高低的比

17、較F l 相同，相同，n不同時(shí)，不同時(shí)，n越大，電子層數(shù)越多，外層越大，電子層數(shù)越多，外層電子受到的屏蔽作用越強(qiáng)，軌道能級(jí)愈高；電子受到的屏蔽作用越強(qiáng)，軌道能級(jí)愈高； E1s E2s E3s E2p E3p E4p Fn相同，相同，l不同時(shí)，不同時(shí)，l愈小，電子鉆穿能力愈強(qiáng)，在愈小，電子鉆穿能力愈強(qiáng)，在核附近出現(xiàn)的可能性越大，能量就愈低：核附近出現(xiàn)的可能性越大，能量就愈低： Ens Enp End Enf 原子核外電子的排布規(guī)律原子核外電子的排布規(guī)律2022-4-2924Pauling近似能級(jí)圖近似能級(jí)圖 能級(jí)組能級(jí)組 在原子軌道能級(jí)中，把能級(jí)相近的原子軌道 歸為一組，每一組稱為一個(gè)能級(jí)組。一

18、般是能級(jí)能 量為(n0.7l)的整數(shù)值相同的能級(jí)的整數(shù)值相同的能級(jí)為一組 2022-4-2925 例例2. 19K：1s22s22p63s23p64s1 (K、L、M電子層填充了電子層填充了18個(gè)電子以后，其后的電子不是個(gè)電子以后，其后的電子不是填充填充3d軌道，而是占據(jù)軌道，而是占據(jù)4s軌道，因?yàn)檐壍溃驗(yàn)镋4sE3d ) 。原子核外電子的排布規(guī)律原子核外電子的排布規(guī)律F n、l 都不同時(shí)，都不同時(shí)，可由公式可由公式 En 0.7l求算，求算， 或者是通過(guò)能級(jí)圖確定。或者是通過(guò)能級(jí)圖確定。 例如例如：E4sE3d 因?yàn)橐驗(yàn)?E4s 40.704 E3d 30.72 4.4 能級(jí)交錯(cuò)：能級(jí)交錯(cuò)

19、：一般一般n越大，能級(jí)愈高。但有反常現(xiàn)象，越大，能級(jí)愈高。但有反常現(xiàn)象， 如如E4sE3d ，稱為能級(jí)交錯(cuò)。，稱為能級(jí)交錯(cuò)。2022-4-29263. Hund規(guī)則規(guī)則（Hunds rule） 電子在能量相同的軌道（簡(jiǎn)并軌道）上排布時(shí)，總是盡可能電子在能量相同的軌道（簡(jiǎn)并軌道）上排布時(shí)，總是盡可能 分占軌道，自旋平行分占軌道，自旋平行例：例：7N：1s22s22p3，三個(gè)2p電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)： 2,1,0, 1/2；2,1,1, 1/2；2,1,-1,1/2。 用原子軌道方框圖表示： 1s 2s 2p 7N原子核外電子的排布規(guī)律原子核外電子的排布規(guī)律2022-4-2927例：例： 不能寫(xiě)做： 2

20、4Cr：1s22s22p63s23p63d54s1 1s22s22p63s23p63d44s2 29Cu：1s22s22p63s23p63d104s1 1s22s22p63s23p63d94s2原子核外電子的排布規(guī)律原子核外電子的排布規(guī)律Hund規(guī)則的補(bǔ)充規(guī)定：規(guī)則的補(bǔ)充規(guī)定：簡(jiǎn)并軌道全充滿、半充滿、或全空，是能量較低簡(jiǎn)并軌道全充滿、半充滿、或全空，是能量較低的穩(wěn)定狀態(tài)的穩(wěn)定狀態(tài)。 半充滿：半充滿：p 3 d 5 f 7 全充滿：全充滿：p 6 d 10 f 14 全全 空：空： p 0 d 0 f 02022-4-2928 最低能量原理電子在核外排列應(yīng)盡先分布在低能級(jí)軌道上, 使整個(gè)原子系統(tǒng)

21、能量最 低。 Pauli不相容原理 每個(gè)原子軌道中最多容納兩個(gè)自旋方式相反的電子。 Hund 規(guī)則 在 n 和 l 相同的軌道上分布的電子,將盡可能分占 m 值不同的軌道, 且自旋平行。核外電子排布核外電子排布三原則三原則2022-4-2929 注意注意電子排布的書(shū)寫(xiě)方法電子排布的書(shū)寫(xiě)方法 書(shū)寫(xiě)20號(hào)元素以后基態(tài)原子的電子組態(tài)時(shí)要注意，雖然電子填充按近似能級(jí)順序進(jìn)行，但電子組態(tài)必須按電子層排列。 例：例： 21Sc的電子排布1s22s22p63s23p63d14s2把內(nèi)層達(dá)稀有氣體電子層結(jié)構(gòu)部分用稀有氣體的元素符號(hào)把內(nèi)層達(dá)稀有氣體電子層結(jié)構(gòu)部分用稀有氣體的元素符號(hào)加方括號(hào)表示為加方括號(hào)表示為原

22、子實(shí)原子實(shí)或或原子芯原子芯 (atomic kernel)。一般省。一般省略原子芯，只寫(xiě)略原子芯，只寫(xiě)價(jià)電子結(jié)構(gòu)價(jià)電子結(jié)構(gòu)。例：例： 20Ca：1s22s22p63s23p64s2寫(xiě)作Ar 4s2 4s2 26Fe： Ar3d64s23d64s2原子核外電子的排布規(guī)律原子核外電子的排布規(guī)律2022-4-2930三、原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)三、原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)共價(jià)半徑共價(jià)半徑(covalent radius)rc：共價(jià)單鍵結(jié)合的兩：共價(jià)單鍵結(jié)合的兩原子核間距離的一半。原子核間距離的一半。van der Waals半徑半徑rv：?jiǎn)钨|(zhì)分子晶體中相鄰分子：?jiǎn)钨|(zhì)分子晶體中相鄰分子間兩個(gè)非鍵合原子核間距離的一

23、半。間兩個(gè)非鍵合原子核間距離的一半。金屬半徑金屬半徑(metallic radius) rM：金屬單質(zhì)的晶體中：金屬單質(zhì)的晶體中相鄰兩個(gè)原子核間距離的一半相鄰兩個(gè)原子核間距離的一半 1. 原子半徑原子半徑 (atomic radius)2022-4-2931同周期從左到右，主族元素原子半徑逐漸減小同周期從左到右，主族元素原子半徑逐漸減小。因?yàn)殡娮訉訑?shù)不變，有效核電荷增加明顯。因?yàn)殡娮訉訑?shù)不變，有效核電荷增加明顯。 原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì) 同一主族從上到下，原子半徑增大。同一主族從上到下，原子半徑增大。因?yàn)殡娮右驗(yàn)殡娮?層數(shù)逐漸增加。層數(shù)逐漸增加。 原子半徑原子半徑( (主族元素主

24、族元素) )2022-4-29322.元素的電負(fù)性元素的電負(fù)性 (electronegativity)元素的電負(fù)性是用來(lái)度量元素相互化合時(shí)原子對(duì)電子吸引能力的相對(duì)大小。元素的電負(fù)性越大，吸引電子的傾向越大，非金屬性也越強(qiáng)。同一周期，從左到右，電負(fù)性增大，同一主族，從上到下，電負(fù)性減小。6.4.2 原子結(jié)構(gòu)與元素基本性質(zhì)原子結(jié)構(gòu)與元素基本性質(zhì)3 電離能 基態(tài)的氣態(tài)原子失去一個(gè)電子形成+1價(jià)氣態(tài)陽(yáng)離子時(shí)所需能量稱為第一電離能，電離能越小，電子越容易被奪走。 同一周期，從左到右，由于核對(duì)外層電子的引力增大，第一電離能逐漸增大，同一主族，從上到下，第一電離能逐漸減小。 2022-4-29332022-

25、4-2934 化學(xué)鍵化學(xué)鍵(chemical bond)：分子或晶體中相鄰兩原子或離子間的強(qiáng)烈作用力，成鍵能量約為幾十到幾百kJ mol-1。chemical bond 共價(jià)鍵(配位鍵)離子鍵金屬鍵第二節(jié)第二節(jié) 分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)2022-4-29351. 離子鍵的形成離子鍵的形成 例如：Na(2s22p63s1) - e- Na+(2s22p6) Cl(3s23p5) + e- Cl-(3s23p6) Na+ + Cl- NaCl2. 離子鍵離子鍵(ionic bond)： 正負(fù)離子間靠靜電引力靜電引力而形成的化學(xué)鍵。 離子化合物離子化合物(onic compound)：由離子鍵形成的化合物。

26、 離子鍵的特點(diǎn)：無(wú)方向性，無(wú)飽和性。一、離子鍵一、離子鍵化學(xué)鍵化學(xué)鍵2022-4-2936二、共價(jià)鍵二、共價(jià)鍵 分子中每個(gè)原子可以通過(guò)共用電子對(duì)達(dá)到穩(wěn)定的電子結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵(covalent bond)：原子通過(guò)共用電子對(duì)共用電子對(duì)形成的化學(xué)鍵。( (一一) )價(jià)鍵理論價(jià)鍵理論 1. 經(jīng)典共價(jià)鍵理論經(jīng)典共價(jià)鍵理論路易斯路易斯( (Lewis) )共價(jià)鍵理論共價(jià)鍵理論 HHHNHH H+Cl.:HCl 化學(xué)鍵化學(xué)鍵2022-4-2937兩個(gè)原子自旋相反的單電子自旋相反的單電子配對(duì)，原子軌道重疊，核間電子云密集，系統(tǒng)能量降低，形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵。原子中單電子才能配對(duì)單電子才能配對(duì)。所以每個(gè)原子形成共價(jià)

27、鍵的數(shù)目等于單電子數(shù)目。這就是共價(jià)鍵的飽和性共價(jià)鍵的飽和性。原子軌道重疊愈多，核間電子云愈密集，共價(jià)鍵愈牢固，稱為原子軌道最大重疊原理最大重疊原理。因此原子軌道將沿最大程度方向重疊，決定了共價(jià)鍵的方向性共價(jià)鍵的方向性。2. 現(xiàn)代價(jià)鍵理論現(xiàn)代價(jià)鍵理論 (valence bond theory)VB法法 價(jià)鍵理論價(jià)鍵理論2022-4-29383. 共價(jià)鍵的類型共價(jià)鍵的類型 鍵按成鍵重疊方式成鍵重疊方式 鍵 正常共價(jià)鍵按電子對(duì)來(lái)源電子對(duì)來(lái)源 配位共價(jià)鍵 價(jià)鍵理論價(jià)鍵理論2022-4-29391. 鍵和鍵和鍵鍵 鍵鍵：原子軌道沿鍵軸(成鍵核間連線，設(shè)為x軸)以“頭碰頭頭碰頭” 方式進(jìn)行重疊，重疊部分沿

28、鍵軸呈圓柱形對(duì)稱分布，形成共價(jià)鍵。如s-s、s-px 和px-px 軌道重疊。共價(jià)鍵的類型共價(jià)鍵的類型鍵鍵例：例：2022-4-2940 鍵鍵：互相平行的py或pz軌道則以“肩并肩肩并肩” 方式進(jìn)行重疊，重疊部分垂直于鍵軸并呈鏡面反對(duì)稱。 鍵鍵 例：例：7N 1s22s22p3共價(jià)鍵的類型共價(jià)鍵的類型2022-4-2941鍵特點(diǎn)鍵特點(diǎn)：v鍵較易斷開(kāi)，化學(xué)活潑性強(qiáng)。v一般它是與鍵共存于具有雙鍵或叁鍵的分子中。 v由于鍵的存在，原子不可繞鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)。鍵特點(diǎn)：鍵特點(diǎn)：v鍵的軌道重疊程度比鍵的軌道重疊程度大，因而鍵比鍵牢固。v鍵可單獨(dú)存在于兩原子間，是構(gòu)成分子的骨架，兩原子間只可能有1個(gè)鍵。共價(jià)鍵的類型

29、共價(jià)鍵的類型2022-4-29422. 正常共價(jià)鍵和配位共價(jià)鍵正常共價(jià)鍵和配位共價(jià)鍵 如果共價(jià)鍵是由成鍵兩原子各提供1個(gè)電子配對(duì)成鍵的，稱為正常共價(jià)鍵正常共價(jià)鍵，如果共價(jià)鍵的形成是由成鍵兩原子中的一個(gè)原子單獨(dú)一個(gè)原子單獨(dú)提供電子對(duì)提供電子對(duì)進(jìn)入另一個(gè)原子的空軌道另一個(gè)原子的空軌道共用而成鍵，這種共價(jià)鍵簡(jiǎn)稱配位鍵配位鍵(coordination bond)。配位鍵用“” 表示，箭頭從提供電子對(duì)的原子指向接受電子對(duì)的原子。 配位鍵形成后，也具有等價(jià)性等價(jià)性。共價(jià)鍵的類型共價(jià)鍵的類型2022-4-2943例：例：H+ + :NH3HNHHH+H NH3+COC: 1s2 2s2 2px1 2py0

30、2pz1O: 1s2 2s2 2px1 2py2 2pz1配位配位 鍵鍵： Cu(NH3)42+ , Fe(CO)5 , NH4+配位配位 鍵鍵： CO:一個(gè) 鍵，一個(gè)鍵 ,一個(gè)一個(gè)配位配位 鍵鍵共價(jià)鍵的類型共價(jià)鍵的類型2022-4-29441. 雜化軌道理論的要點(diǎn)雜化軌道理論的要點(diǎn)成鍵過(guò)程中，同一原子中幾個(gè)能量相近能量相近、類型不同類型不同的原子軌道線性組合雜化雜化，重新分配能量和空間方向，組成數(shù)目相等數(shù)目相等的雜化軌道雜化軌道（hybrid orbital）。雜化軌道的角度波函數(shù)在某方向的值比雜化前大得多，更有利于原子軌道間最大程度重疊最大程度重疊，因此雜化軌道比原來(lái)軌道的成鍵能力強(qiáng)。雜化

31、軌道之間力圖在空間取最大夾角分布空間取最大夾角分布，使相互間的排斥能最小，故形成的鍵較穩(wěn)定。不同類型的雜化軌道之間的夾角不同，決定分子的空間構(gòu)型分子的空間構(gòu)型。( (二二) ) 雜化軌道理論雜化軌道理論共價(jià)鍵共價(jià)鍵2022-4-2945 2. .雜化軌道類型及實(shí)例分析雜化軌道類型及實(shí)例分析 (1) sp型雜化型雜化 sp雜化雜化直線形直線形 雜化軌道理論雜化軌道理論2022-4-2946 AB2 molecules：BeCl2 4Be：2s2 雜化軌道理論雜化軌道理論2022-4-2947 AB3 molecules：BF3 5B：2s22p1 sp2雜化雜化 平面三角形平面三角形 雜化軌道理

32、論雜化軌道理論2022-4-2948sp3雜化雜化四面體四面體 雜化軌道理論雜化軌道理論2022-4-2949AB4 molecules：CH4 6C：2s22p2 雜化軌道理論雜化軌道理論2022-4-2950sp型雜化型雜化雜化類型雜化類型spsp2sp3參與雜化的原子軌道參與雜化的原子軌道1個(gè)s + 1個(gè)p1個(gè)s + 2個(gè)p1個(gè)s + 3個(gè)p雜化軌道數(shù)雜化軌道數(shù)2個(gè)個(gè)sp雜化軌道3個(gè)個(gè)sp2雜化軌道4個(gè)個(gè)sp3雜化軌道雜化軌道間夾角雜化軌道間夾角180o120o109o 28空間構(gòu)型空間構(gòu)型直線形直線形正三角形正三角形正四面體正四面體實(shí)實(shí) 例例BeCl2，C2H2BF3, BCl3CH4

33、，CCl4雜化軌道理論雜化軌道理論2022-4-29512. 等性雜化和不等性雜化等性雜化和不等性雜化 :NH3 H2O: :雜化軌道理論雜化軌道理論2022-4-2952等性雜化等性雜化不等性雜化不等性雜化 以以sp3雜化為例雜化為例雜化軌道spsp2sp3s成分1/21/31/4p成分1/22/33/4電子對(duì)類型孤電子對(duì)成鍵電子對(duì)s成分1/41/4p成分3/4雜化軌道理論雜化軌道理論2022-4-2953三、極性分子和非極性分子三、極性分子和非極性分子 1 1分子的極性與鍵的極性分子的極性與鍵的極性分子的極性分子的極性鍵的極性鍵的極性分類分類 1 1、極性分子、極性分子 2 2、非極性分子、非極性分子 1 1、極性共價(jià)鍵、極性共價(jià)鍵 2 2、非極性共價(jià)鍵、非極性共價(jià)鍵聯(lián)系聯(lián)系雙原子分子兩者統(tǒng)一雙原子分子兩者統(tǒng)一多原子分子兩者不一定統(tǒng)一多原子分子兩者不一定統(tǒng)一 ( (與電負(fù)性和分子空間構(gòu)型有關(guān)與電負(fù)性和分子空間構(gòu)型有關(guān)) ) 量度量度 電偶極矩電偶極矩 電負(fù)性差電負(fù)性差2022-4-29542偶極矩偶極矩(dipole moment) q l 偶極矩為零的分子是非極性分子，偶極矩愈大偶極矩愈大表示分子的極性愈強(qiáng)表示分子的極性愈強(qiáng)。 極性分子和非極性分子極性分子和非極性分子正負(fù)電荷中心正負(fù)電荷中心所帶電量所帶電量 正負(fù)電荷中心正負(fù)電荷中心之間的距離之間的距離2022-4-2955