无机化学课件-共价键和分子间作用力

第九章第九章 共价键和分子间作用力共价键和分子间作用力第一节第一节 共价键理论共价键理论一、一、现代价键理论现代价键理论（VB法）法）1.氢分子的形成氢分子的形成:两个氢原子接近时的能量变化曲线r/pm74.1E/kJmol-1（a）(b)氢分子的两种状态第九章 共价键和分子间作用力第一节 共价键理论一、现代价12.VB法的基本要点：法的基本要点：电子自旋相反电子自旋相反共价键有饱和性共价键有饱和性共价键有方向性共价键有方向性共价键数共价键数=原子中单电子数原子中单电子数图图9-3 9-3 氯化氢分子的成键示意图氯化氢分子的成键示意图2.VB法的基本要点：电子自旋相反共价键有饱和性共价2最大重叠原则最大重叠原则（对称性原则）对称性原则）:只有当原子轨道只有当原子轨道对称对称性相同性相同的部分重叠的部分重叠,才是最大重叠，才能形成化学键。才是最大重叠，才能形成化学键。对称性相同对称性相同指产生重叠的两个原子轨道符号相同指产生重叠的两个原子轨道符号相同(即波函数相加即波函数相加).重叠类型重叠类型:同号重叠部分与异号重叠部分正好抵消：同号重叠部分与异号重叠部分正好抵消：不同符号部分重叠不同符号部分重叠(或认为波函数相减或认为波函数相减)：+-+-+-+零重叠零重叠(无效重叠无效重叠)正重叠正重叠(有效重叠有效重叠)负重叠负重叠(无效重叠无效重叠)同符号部分重叠：同符号部分重叠：原子轨道的重叠原子轨道的重叠最大重叠原则（对称性原则）:只有当原子轨道对称性相同的部分33.共价键的类型共价键的类型按原子轨按原子轨道重叠部分道重叠部分所具有的对所具有的对称性分称性分:键键:键键:对键轴呈圆柱形对称对键轴呈圆柱形对称(头碰头头碰头)对键轴所在的某一特定平对键轴所在的某一特定平面具反对称性面具反对称性(肩并肩肩并肩)电子电子:形成形成 键的电子键的电子.电子电子:形成形成 键的电子键的电子.3.共价键的类型按原子轨道重叠部分所具有的对称性分:键4 键键:s-ss-p 键:s-ss-p5 键键:p-p 键:p-p6 键键:键:7在具有双键或叁键的两个原子之间，常既有在具有双键或叁键的两个原子之间，常既有 键又有键又有 键。键。N2分子形成示意图在具有双键或叁键的两个原子之间，常既有键又有键。N28成键原子一方有孤对电子成键原子一方有孤对电子;另一方有空轨道另一方有空轨道.特殊共价键：特殊共价键：配位键配位键形成条件：形成条件：例：例：成键原子一方有孤对电子;特殊共价键：配位键形成条件：例：9按极性大小分按极性大小分:1)极性键极性键2)非极性键非极性键:强极性键强极性键:弱极性键弱极性键:如如H2O，HCl中的共价键中的共价键如如H2S，HI中中的共价键的共价键如如N2，H2中的共价键中的共价键按极性大小分:1)极性键2)非极性键:强极性键:弱极10二、键参数二、键参数 在一定温度和标准压下断裂在一定温度和标准压下断裂1mol化学键所需化学键所需要的能量要的能量.1.键能键能:离子键的键能为离子键的键能为晶格能晶格能金属键的键能为金属键的键能为内聚能内聚能共价键的键能为共价键的键能为离解能离解能或多次离解或多次离解能的平均值能的平均值离解能离解能:在一定温度和标准压下将在一定温度和标准压下将1mol理想理想气态分子离解成理想气态原子所需要的能量气态分子离解成理想气态原子所需要的能量.二、键参数 在一定温度和标准压下断裂1mol化学键所需要的能11某些双原子分子的键能和某些键的平均键能E/kJmol-1分子分子名称名称键能能分子分子名称名称键能能共价共价键平均平均键能能共价共价键平均平均键能能H2436HF565CH413NH391F2165HCl431CF460NN159Cl2247HBr366CCl335NN418Br2193HI299CBr289NN946I2151NO286CI230OO143N2946CO1071CC346OO495O2493CC610OH463CC835某些双原子分子的键能和某些键的平均键能E/kJmol-112键能是衡量键强度的参数键能是衡量键强度的参数.分子内成键两原子核间的平均距离分子内成键两原子核间的平均距离,可用可用Lb表示表示.一种键的性质主要取决于成键原子的本性一种键的性质主要取决于成键原子的本性.在两个确定的原子之间在两个确定的原子之间,若形成不同的化学若形成不同的化学键键,其键长越短其键长越短,键能就越大。键能就越大。键能的大小键能的大小主要与键的性质、成键原子以及主要与键的性质、成键原子以及键长等因素有关键长等因素有关.2.键长键长:键能是衡量键强度的参数.分子内成键两原子核间的平均距离,可用13一些共价键键能和键长一些共价键键能和键长共价键共价键 键能键能/kJmol-1 键长键长/pm共价键共价键 键能键能/kJmol-1 键长键长/pm346602835154134120F-FCl-ClBr-BrI-IC-CC=CC C15924319315114119922826792127141161570432366298.H-F H-ClH-BrH-I键能和键长可以解释一些化合物的性质键能和键长可以解释一些化合物的性质一些共价键键能和键长共价键 键能/kJmol-1 键长143.键角键角:分子中两个相邻化学键之间的夹角分子中两个相邻化学键之间的夹角分子式分子式 键长键长/pm(实验值实验值)键角键角 (实验值实验值)几何构型几何构型H2SCO2NH3CH4134 92角型角型116.2 180直线型直线型三角锥型三角锥型正四面体型正四面体型101 10718109 10928键长和键角是描述键长和键角是描述分子几何构型分子几何构型的两要素的两要素3.键角:分子中两个相邻化学键之间的夹角分子式 键长/p15三、轨道杂化理论三、轨道杂化理论 1.轨道杂化理论的基本要点轨道杂化理论的基本要点:成键时能级相近的成键时能级相近的N个价原子轨道（个价原子轨道（AO）相）相混杂，形成混杂，形成N个新的杂化轨道（个新的杂化轨道（HO）。）。杂化前后轨道数目不变。杂化前后轨道数目不变。杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。HO的形状就决定了分子的空间构型（最大的形状就决定了分子的空间构型（最大重叠原理）。重叠原理）。三、轨道杂化理论 1.轨道杂化理论的基本要点:成键时能级16表表9-4 由由s轨道和轨道和p轨道组合成的三种等性杂化轨道组合成的三种等性杂化杂杂 化化 类类 型型spsp2sp31个个 s+1个个p1个个s+2个个p1个个s+3个个p2个个3个个4个个180012001090 28直直 线线正三角形正三角形正四面体正四面体BeCl2,HgCl2 CO2BF3,SO3,NO3-CH4,CCl4,NH4+参与杂化的参与杂化的原子轨道原子轨道杂化轨道数杂化轨道数杂化轨道间夹角杂化轨道间夹角空间陷型空间陷型实例实例表9-4 由s轨道和p轨道组合成的三种等性杂化杂 化 类 172.应用实例应用实例:BeBCNO2.应用实例:BeBCNO18两个两个sp杂化轨道杂化轨道:三个三个sp2杂化轨道杂化轨道:两个sp杂化轨道:三个sp2杂化轨道:19四个四个spsp3 3杂化轨道杂化轨道四个sp3杂化轨道20小结：小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型杂化轨道的类型与分子的空间构型杂化轨道类型杂化轨道类型参加杂化的轨道参加杂化的轨道 杂化轨道数杂化轨道数成键轨道夹角成键轨道夹角分子空间构型分子空间构型 实例实例 中心原子中心原子s+ps+(3)ps+(2)ps+(3)p2443Be(A)Hg(B)B(A)C,Si(A)N,P(A)O,S(A)不等性不等性sp3spsp2sp3180120 10928 90 10928H2OH2SBeCl2HgCl2BF3BCl3CH4SiCl4NH3PH3小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型杂化轨道类型s+ps+(21五、分子轨道理论五、分子轨道理论（MO）法法 1.MO法的基本要点法的基本要点:分子中的电子围绕整个分子运动，其运动状分子中的电子围绕整个分子运动，其运动状态称为分子轨道态称为分子轨道（）。）。MO与与AO的区别的区别MO是多中心（核）的，而是多中心（核）的，而AO只有一个中只有一个中心（核）。心（核）。AO中用中用s，p，d，f 等表示等表示AO的名称，而的名称，而MO中用中用，等表示等表示MO的名称。的名称。五、分子轨道理论（MO）法 1.MO法的基本要点:分子中22分子轨道由形成分子的各个原子轨道线性组分子轨道由形成分子的各个原子轨道线性组合而成。合而成。分子轨道由形成分子的各个原子轨道线性组合而成。23电电子子在在分分子子轨轨道道中中的的排排布布与与电电子子填填充充原原子子轨轨道道的的原原则则相相同同，应应遵遵守守泡泡利利不不相相容容原原理理、能量最低原理能量最低原理和和洪特规则洪特规则。在在分分子子轨轨道道理理论论中中，键键的的牢牢固固程程度度用用键键级级(bond order)(bond order)的大小衡量，其计算式如下：的大小衡量，其计算式如下：键级越大，形成的化学键越牢固，分子键级越大，形成的化学键越牢固，分子也越稳定。也越稳定。电子在分子轨道中的排布与电子填充原子轨道的原则相同，应遵守242.分子轨道的形成分子轨道的形成(1)s-s原子轨道的组合原子轨道的组合:成键轨道成键轨道反键轨道反键轨道2.分子轨道的形成(1)s-s原子轨道的组合:成键轨道反键轨25(2)p-p原子轨道的组合原子轨道的组合:“头碰头头碰头”方式方式:(2)p-p原子轨道的组合:“头碰头”方式:26“肩并肩肩并肩”方式方式:“肩并肩”方式:273.分子轨道的能级分子轨道的能级:简单同核双原子分子简单同核双原子分子:B2(B,C,N)2py=2pz 2px3.分子轨道的能级:简单同核双原子分子:B2(B,C,N)28简单同核双原子分子简单同核双原子分子:O2(O,F)2px 2py=2pz 简单同核双原子分子:O2(O,F)2px 诱导力诱导力（二）分子间力的特点（二）分子间力的特点:3.色散力 特点存在于所有的分子之间是分子间的主要作用力与分36（三）分子间力对物质物理性质的影响（三）分子间力对物质物理性质的影响:He Ne Ar Ke Xe分子量分子量色散作用色散作用分子间力分子间力沸点熔点沸点熔点小小大大低低高高小小小小大大大大 在一般情况下，组成和结构相似的物质在一般情况下，组成和结构相似的物质（同类物质同类物质），分子量愈大，范德华力也愈），分子量愈大，范德华力也愈大，物质的熔沸点愈高大，物质的熔沸点愈高 。（三）分子间力对物质物理性质的影响:He Ne Ar37三、氢键三、氢键氢化物沸点变化规律氢化物沸点变化规律:三、氢键氢化物沸点变化规律:381.1.表示表示XHY3.3.条件条件X：电负性很大，半径很小：电负性很大，半径很小Y：电负性很大，半径很小，且含孤对电子：电负性很大，半径很小，且含孤对电子4.4.特点特点具有方向性和饱和性具有方向性和饱和性 强极性键强极性键(X-H)上的氢核与电负性很大含有上的氢核与电负性很大含有孤对电子并带有部分负电荷的原子之间的静电吸孤对电子并带有部分负电荷的原子之间的静电吸引力引力.氢键氢键:2.形成形成 如如HF分子间氢键分子间氢键1.表示XHY3.条件X：电负性很大，半径很小4.特395.分类分类分子间氢键分子间氢键分子内氢键分子内氢键图9-21 氟化氢和氨水中的分子间氢键图9-22 硝酸中的分子内氢键分子间氢键分子间氢键分子内氢键分子内氢键5.分类分子间氢键图9-21 氟化氢和氨水中的分子间氢键405.氢键的形成对物质性质的影响氢键的形成对物质性质的影响分子间氢键分子间氢键使物质的熔点、沸点升高；使物质的熔点、沸点升高；极性溶剂中，溶质和溶剂如形成氢键，极性溶剂中，溶质和溶剂如形成氢键，则溶质在溶剂中的溶解度增加。则溶质在溶剂中的溶解度增加。分子内氢键分子内氢键使物质的熔点、沸点降低；使物质的熔点、沸点降低；在极性溶剂中，溶质的溶解度降低；在在极性溶剂中，溶质的溶解度降低；在非极性溶剂中，溶质的溶解度增加。非极性溶剂中，溶质的溶解度增加。5.氢键的形成对物质性质的影响分子间氢键使物质的熔点、沸点升41