化学键与分子结构

f q q R2
影响因素：1. 离子电荷数、半径 2. 离子的电子构型
离子键理论适用范围：只适用于离子化合物, 解释离 子化合物的形成及理化性质等
12
9.2 共价键理论
经典Lewis 共价键理论：
1916 年，美国科学家 Lewis 提出共价键理论。理论 要点：认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的 趋势，以求得本身的稳定。 而达到这种结构，可以不通 过电子转移形成离子和离子键来完成，而是通过共用电 子对来实现。
问题： 1 电子对的共享和提供电子的原子轨道间有什么关
系？ 2 怎样解释双键和叁键的形成？ 3 能否用原子轨道在空间取向解释分子几何形状？
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一.现代价键理论(电子配对理论,VB法)
1. 共价键的形成 1）氢分子中的化学键
量子力学计算表明，两个具有 1s1 电子构型的 H 彼 此靠近时， 两个 1s 电子以自旋相反的方式形成电子对， 使体系能量降低。
-ne-
nNa(3s1) I1496kJmol1 nNa (2s2 2p6 ) 静电引力 nNaCl
ne-
nCl(3s 2 3p5 ) E348.7kJmol1nCl (3s2 3p6 )
形成化学键 6
-450 kJ·mol-1
图中可见： r > V
r0 ，当 r 减小时，正 负离子靠静电相互吸引， 0
2. 离子键的形成条件: 元素的电负性差比较大
X < 1.7，不发生电子转移，形成共价键。 X > 1.7，发生电子转移，形成离子键；
X > 1.7，实际上是指离子键的成分大于 50 %。
8
化合物中不存在百分之百的离子键，即使是 NaF 的化学键，其中也有共价键的成分。即除离子 间靠静电相互吸引外，尚有共用电子对的作用。
..
..
H
.. O. . H
H
O. . H
H
N H
HH
C H
C .O. ..
.. N N ..
15
Lewis学说的局限性： 1. Lewis结构不能说明为什么共用电子对就能使 得两个原子牢固结合这一共价键本质。 2. 无法说明共价键的方向性问题 3. 中心原子周围的多电子中心或缺电子中心问题 。
Cl
第九章 化学键与分子结构
9.1 离子键理论 9.2 现代共价键理论 9.3分子间作用力
1
分子是由原子组合而成的，是保持物质基本化学性质 的最小微粒，并且又是参与化学反应的基本单元，
分子的性质除取决于分子的化学组成外，还取决于分 子的结构。
分子的结构通常包括两方面内容：一是分子中直接相 邻的原子间的强相互作用即化学键；二是分子中的原 子在空间的排列，即空间构型。
Cl
Cl C Cl Cl B
Cl
Cl
Cl Cl Cl P Cl
Cl
32e
24e
40e
8 电子中心 缺电子中心 多电子中心
4. 不能说明分子空间结构及物质磁性等
16
1927年，Heitler 和 London 用量子力学处理氢气分 子 H2 ，解决了两个氢原子之间的化学键的本质问题， 使共价键理论从经典的 Lewis 理论发展到今天的现代 共价键理论。
势能 V 减小，体系趋
于稳定。
r = r0 ，V 有极小 值，此时体系最稳定，
r0
r
体系的势能与核间距之间的关系
表明形成离子键。
r < r0 ，当 r 减小时，V 急剧上升。因为 Na+ 和 Cl－ 彼此再接近时，原子核、电子云之间的斥力
Leabharlann Baidu
急剧增加，导致势能骤然上升。
7
因此，离子相互吸引，保持一定距离时，体系最稳 定。这就意味着形成了离子键。 r0 和键长有关，而 V 和键能有关。
3. 成键电子（对）：分子中用于形成共价键的电子 称键合电子或成键电子。用“—”表示
— 是1对共用电子， “—”单键 = 是2对共用电子， “=”双键 ≡ 是3对共用电子。 “ ”三键
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孤对电子（对）：未用于形成共价键的电子称为非键 合电子,又称“孤对电子”，用小黑点来表示。
如，水、氨、乙酸、氮分子的路易斯结构式为:
不同的外在性质反映了不同的内部结构
各自内部的结合力不同
Pauling L在《The Nature of The Chemical Bond》中
提出了用得最广泛的化学键定义：如果两个原子（或原
子团）之间的作用力强得足以形成足够稳定的、可
被化学家看作独立分子物种的聚集体，它们之间就
存在化学键。简单地说，化学键是指分子内部原子
55
2.0
63
2.2
70
2.4
76
2.6
82
2.8
86
3.0
89
3.2
92
10
3. 离子键的特点
本质是静电引力（库仑引力）
f
q q R2
q+ 、q- 为离子所带电荷, R为离子核间距。
没有方向性和饱和性（库仑引力的性质所决定）
NaCl 属极性键:离子键的离子性与元素的电负性有关11
二、 离子键强度
键 理
分子轨道理论的基本要点和应用
论 离域大Π键
键参数 键级和键能 键长和键角
金属键理论 键的极性和分子的极性
分子间 范德华力
作用力 氢键
5
9.1 离子键理论
一、 离子键形成及其特点 1. 离子键的形成
电负性较大的活泼非金属原子和电负性较小的活泼 金属原子相遇，得、失电子后形成的负、正离子通过 静电作用而形成的化学键称为离子键。
但离子键和共价键之间，并非可以截然区分的。 可将离子键视为极性共价键的一个极端，而另一极端 则为非极性共价键。
非极性共价键
极性增大 极性共价键
离子键
9
xA-xB 离子性百分率(%)
0.2
01
0.4
04
0.6
09
0.8
15
1.0
22
1.2
30
1.4
39
1.6
47
xA-xB 离子性百分率(%)
1.8
之间的强相互作用力。
3
此外，在相邻的分子间还存在一种较弱的相互作用， 其作用能约比化学键小一、二个数量级。
4
物质的性质：决定于分子的性质及分子间的作用力，
4
本 章 内 容 提 要
化学键
离子键的形成 离子键理论 离子的特征
离子晶体和晶格能
价键理论的基本要点和应用
共 杂化轨道理论的基本要点和应用
价 价层电子对互斥理论的基本要点和应用
例如 H • + • H = H •• H 通过共用一对电子，每个 H 均成为 He 的电子构型，形成一个共价键。
如
H ＋ Cl
H Cl 13
Lewis 的贡献: 1. 提出了一种不同于离子键的新的键型，解释了 X 比较小的元素之间原子的成键事实。
2. 认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的 趋势 （初步说明共价键具有饱和性）。