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第十章第十章 共价键和分子间力共价键和分子间力 Covalent Bond and Intermolecular Forces 11/2/20241分子结构专题培训第1页10-1 当代价键理论当代价键理论 一、当代价键理论一、当代价键理论(Valence bond theory)（一）量子力学处理氢分子（一）量子力学处理氢分子11/2/20242分子结构专题培训第2页R0=74pm核间距核间距R（pm)能量能量kjmol0两氢原子靠近时能量曲线两氢原子靠近时能量曲线排斥态排斥态基态基态-38811/2/20243分子结构专题培训第3页氢分子两种状态氢分子两种状态 自旋反平行自旋反平行 自旋平行自旋平行（基态）（基态）EE电子云重合电子云重合电子云密度为零电子云密度为零（排斥态排斥态）11/2/20244分子结构专题培训第4页 (二二)当代价键理论当代价键理论(Valence bond theory)关键点关键点1自旋相反未成对电子相互靠近时，自旋相反未成对电子相互靠近时，能够配对形成稳定共价键。能够配对形成稳定共价键。共价键本质是相互靠近两原子原子轨共价键本质是相互靠近两原子原子轨道重合。道重合。2成键原子原子轨道重合越多，两成键原子原子轨道重合越多，两核间电子云密度越大，所形成共价键核间电子云密度越大，所形成共价键越稳定。越稳定。11/2/20245分子结构专题培训第5页Cl2分子形成示意图分子形成示意图ClCl二、共价键特征二、共价键特征11/2/20246分子结构专题培训第6页 1含有饱和性含有饱和性每个原子所能形成共价键数每个原子所能形成共价键数目是有限。目是有限。11/2/20247分子结构专题培训第7页HCl分子形成示意图分子形成示意图HCl11/2/20248分子结构专题培训第8页HCl分子形成示意图分子形成示意图11/2/20249分子结构专题培训第9页 2含有方向性含有方向性原子轨道只有沿着一定方向靠原子轨道只有沿着一定方向靠近时，才能到达最大程度重合，近时，才能到达最大程度重合，以形成稳定共价键。以形成稳定共价键。11/2/202410分子结构专题培训第10页N2分子形成示意图分子形成示意图zzxyyNN Z yNN11/2/202411分子结构专题培训第11页 三、共价键类型三、共价键类型 原子轨道沿键轴（原子轨道沿键轴（x轴）方向以轴）方向以“头碰头头碰头”方式进行重合形成共价方式进行重合形成共价键叫键叫 键。键。形成形成 键电子键电子 电子。电子。原子轨道沿键轴垂直方向以原子轨道沿键轴垂直方向以“肩并肩肩并肩”方式进行重合形成共价键叫方式进行重合形成共价键叫 键。键。形成形成 键电子键电子 电子。电子。11/2/202412分子结构专题培训第12页s键 p键sspz pzpx s px px xxxxxzzyypy py11/2/202413分子结构专题培训第13页 键键 键键重合方式重合方式 沿键轴方向以沿键轴方向以“头碰头头碰头”方式方式沿键轴垂直沿键轴垂直方向以方向以“肩肩并肩并肩”方式方式重合部分重合部分分布情况分布情况 分布于两核分布于两核间间(呈圆柱形呈圆柱形分布分布)分布于镜面上下分布于镜面上下两两 方或前后两方或前后两方方11/2/202414分子结构专题培训第14页 键键xxxzz 键键11/2/202415分子结构专题培训第15页 键键 键键 重合部分重合部分对称性对称性 对键轴呈圆对键轴呈圆柱形对称柱形对称对键轴平面呈对键轴平面呈镜面反对称镜面反对称重合程度重合程度大大 小小 稳定性稳定性 大大 小（易断开，小（易断开，化学性质活泼）化学性质活泼）11/2/202416分子结构专题培训第16页 键键能大，稳定性高，牢靠，是键键能大，稳定性高，牢靠，是组成份子骨架组成份子骨架,能够单独存在于两原能够单独存在于两原子间子间.键不能单独存在键不能单独存在,与与 键共存于键共存于含有叁键或双键分子中含有叁键或双键分子中.以共价键结合两原子以共价键结合两原子,一定且只有一一定且只有一个个 键键 11/2/202417分子结构专题培训第17页 四、配位四、配位键：由成键两原子中一个键：由成键两原子中一个原子单独提供电子对进入另一个原原子单独提供电子对进入另一个原子空轨道共用而形成共价键子空轨道共用而形成共价键.形成形成配位配位键两个条件：键两个条件：1.一个成键原子价电子层有孤对电子一个成键原子价电子层有孤对电子.2.另一个成键原子价电子层有空轨道另一个成键原子价电子层有空轨道.11/2/202418分子结构专题培训第18页 键键：沿键轴（：沿键轴（x轴）方向以轴）方向以“头碰头碰头头”方式进行重合，重合部分沿键轴呈方式进行重合，重合部分沿键轴呈圆柱形对称分布，原子轨道以这种重合圆柱形对称分布，原子轨道以这种重合方式形成共价键叫方式形成共价键叫 键。键。形成形成 键电子键电子 电子。电子。键键：沿键轴垂直方向以：沿键轴垂直方向以“肩并肩肩并肩”方方式进行重合，重合部分垂直于键轴并呈式进行重合，重合部分垂直于键轴并呈镜面反对称分布，原子轨道以这种重合镜面反对称分布，原子轨道以这种重合方式形成共价键叫方式形成共价键叫 键。键。形成形成 键电子键电子 电子。电子。11/2/202419分子结构专题培训第19页10-2 杂化轨道理论杂化轨道理论一、杂化轨道理论一、杂化轨道理论(hybrid orbital theory)关键点关键点:1.在成键过程中在成键过程中,同一原子中能量相同一原子中能量相近不一样类型几个原子轨道能够近不一样类型几个原子轨道能够“混合混合”起来起来,重新分配能量和空间方重新分配能量和空间方向向,组成数目相等新原子轨道组成数目相等新原子轨道,这一这一过程称为杂化过程称为杂化(hybridization),所所组成新原子轨道叫杂化轨道。组成新原子轨道叫杂化轨道。11/2/202420分子结构专题培训第20页2.杂化轨道形状一端杂化轨道形状一端“肥大肥大”,有利有利于实现最大重合于实现最大重合,因而杂化轨道比原因而杂化轨道比原来原子轨道成键能力强。来原子轨道成键能力强。3.杂化轨道之间在空间取最大夹角杂化轨道之间在空间取最大夹角,使相互间排斥力最小使相互间排斥力最小,故形成键更稳故形成键更稳定。定。原子之间总是力图采取杂化轨道成键。原子之间总是力图采取杂化轨道成键。11/2/202421分子结构专题培训第21页Sp杂化轨道示意图杂化轨道示意图spSp杂化：杂化：在空间呈直线形分布，在空间呈直线形分布，轨道间夹角为轨道间夹角为180二、杂化轨道常见类型及实例二、杂化轨道常见类型及实例11/2/202422分子结构专题培训第22页BeCl2分子（直线形）分子（直线形）180BeClCl180Sp pSp p 11/2/202423分子结构专题培训第23页11/2/202424分子结构专题培训第24页CCHC CH乙炔分子乙炔分子2pz2pz2py2pyCC11/2/202425分子结构专题培训第25页Sp2杂化轨道示意图杂化轨道示意图spSp2杂化：杂化：在空间呈正三角形分布，在空间呈正三角形分布，轨道间夹角为轨道间夹角为12011/2/202426分子结构专题培训第26页BF3分子（平面正三角形）分子（平面正三角形）B120FFF11/2/202427分子结构专题培训第27页11/2/202428分子结构专题培训第28页CC2pz2pzCHCHHH乙烯分子乙烯分子CC11/2/202429分子结构专题培训第29页11/2/202430分子结构专题培训第30页Sp3杂化轨道示意图杂化轨道示意图spSp3杂化：杂化：在空间呈正四面体分布，在空间呈正四面体分布，轨道间夹角为轨道间夹角为109.511/2/202431分子结构专题培训第31页CHHHH109.5CH4分子（正四面体）分子（正四面体）11/2/202432分子结构专题培训第32页11/2/202433分子结构专题培训第33页NHHHNH3OHHH2O11/2/202434分子结构专题培训第34页11/2/202435分子结构专题培训第35页11/2/202436分子结构专题培训第36页（三）等性杂化和不等性杂化（三）等性杂化和不等性杂化杂化后所形成几个杂化轨道能量、成杂化后所形成几个杂化轨道能量、成份完全相同份完全相同,这种杂化叫等性杂化这种杂化叫等性杂化(equivalent hybridization).杂化后所形成几个杂化轨道能量、成杂化后所形成几个杂化轨道能量、成份不完全相同份不完全相同,这种杂化叫不等性杂这种杂化叫不等性杂化化(nonequivalent hybridization).原子之间总是力图采取杂化轨道成键。原子之间总是力图采取杂化轨道成键。11/2/202437分子结构专题培训第37页 通常通常,若参加杂化原子轨道都含单电若参加杂化原子轨道都含单电子或都是空轨道子或都是空轨道,其杂化就是等性杂化。其杂化就是等性杂化。等性杂化中等性杂化中,杂化轨道均为成键轨道杂化轨道均为成键轨道,所以所以,杂化轨道空间构型与成键后形成杂化轨道空间构型与成键后形成分子空间构型相同。分子空间构型相同。通常通常,若参加杂化原子轨道中有已被若参加杂化原子轨道中有已被孤对电子占据孤对电子占据,其杂化就是不等性杂化。其杂化就是不等性杂化。不等性杂化中不等性杂化中,被孤对电子占据杂化轨被孤对电子占据杂化轨道均不能成键道均不能成键,分子空间构型只考虑成分子空间构型只考虑成键轨道。键轨道。11/2/202438分子结构专题培训第38页11/2/202439分子结构专题培训第39页11/2/202440分子结构专题培训第40页11/2/202441分子结构专题培训第41页11/2/202442分子结构专题培训第42页11/2/202443分子结构专题培训第43页11/2/202444分子结构专题培训第44页11/2/202445分子结构专题培训第45页N N2 2分子结构示意图分子结构示意图pyzzyyxNNspz11/2/202446分子结构专题培训第46页11/2/202447分子结构专题培训第47页11/2/202448分子结构专题培训第48页