1、4认识分子间作用力和氢键的本质，会解释其对物质 性质的影响。1掌握价键理论的内容；会用价键理论解释共价键的 特征，会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释 简单的分子结构；2初步认识分子轨道，掌握第二周期元素的分子轨道 特点；3.了解共价键的键长、键角、键和分子的极性本章教学要求本章教学要求2.1 路易斯结构式路易斯结构式2.6 分子间作用力和氢键分子间作用力和氢键2.2 价键理论价键理论2.4 杂化轨道理论杂化轨道理论2.3 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论2.5 分子轨道理论分子轨道理论 Lewis 认为，同种原子之间以及电负性相近的原子之间可以通过认为，同种原子之间以及电负性相近的原子
2、之间可以通过共用电子对共用电子对形成形成分子，通过共用电子对形成的化学键称为分子，通过共用电子对形成的化学键称为共价键共价键(covalent bond)，形成的分子称为，形成的分子称为共价分子。共价分子。Lewis还认为还认为:稀有气体最外层电子构型（稀有气体最外层电子构型（8e-）是一种稳定构型，其它原子倾向于共用）是一种稳定构型，其它原子倾向于共用电子而使他们的最外层转化为稀有气体的电子而使他们的最外层转化为稀有气体的8电子稳定构型电子稳定构型(He 为为 2 电子电子)，习惯上称为，习惯上称为“八隅律八隅律”(octet rule)。分子中原子间是通过共用一对或几对电子来实现分子中原子
3、间是通过共用一对或几对电子来实现 8 电子稳定电子稳定构型的。构型的。2.1 路易斯结构式路易斯结构式（Lewis structural formula）2.1.1 路易斯共价键理论路易斯共价键理论 (Lewis covalent Bond Theory)(Lewis covalent Bond Theory)2.3.2 路易斯结构式 人们把用短棍表示共价键，同时用小黑点表示非键合的“孤对电子”的结构式叫做路易斯结构式,也叫电子结构式。路易斯结构式的书写步骤路易斯结构式的书写步骤1.按原子的键合关系写出元素符号并将相邻原子用单键连接。在大多数情况下,原子间的键合关系是已知的,例如,NO2中的键
4、合关系不是NOO,而是ONO。2.将各原子的价电子数相加,算出可供利用的价电子总数。如果被表达的物种带有电荷,则价电子总数应减去正、负电荷数。3.扣除与共价单键相应的电子数(单键数2)后，将 剩余的价电子分配给每个原子,使其占有适当数目 的非键合原子轨道。4.如果剩余的电子不够安排，可将一些单键改为双键 或叁键。对于复杂分子，先根据分子中各原子的价电子数计算出分子的总价电子数，写对于复杂分子，先根据分子中各原子的价电子数计算出分子的总价电子数，写出骨架结构式，根据出骨架结构式，根据“八隅律八隅律”判断该分子的判断该分子的 Lewis 结构式。结构式。如甲醛如甲醛(CH2O)，总的电子数为，总的
5、电子数为 4+(1 2)+6=12，其骨架结构式如下，用去，其骨架结构式如下，用去了三对电子，即了三对电子，即 6 个电子，还剩下的个电子，还剩下的 6 个电子有如下三种排布方式个电子有如下三种排布方式（a）（b）（c）根据“八隅律”很容易判断出(c)为甲醛的 Lewis 结构式。它的骨架结构只能是它的骨架结构只能是 NO，用去，用去 2 个电子，剩下个电子，剩下 8 个电子无论是按图（个电子无论是按图（a）中以孤）中以孤对方式分配给两个原子，还是按（对方式分配给两个原子，还是按（b）和（）和（c）那样将）那样将 NO 单键改成双键，都不能满单键改成双键，都不能满足足“八隅体规则八隅体规则”，
6、只有将单键改成叁键，才能满足要求。，只有将单键改成叁键，才能满足要求。因此，（因此，（d）才是）才是 NO+离子的离子的 Lewis 结构式。应该注意的是，电荷标在了物种的右结构式。应该注意的是，电荷标在了物种的右上角，表示该电荷为整个物种所有而不属于该物种的某个原子。上角，表示该电荷为整个物种所有而不属于该物种的某个原子。（a）（b）（c）（d）又如又如 NO+离子，其价电子总数等于离子，其价电子总数等于 10，即氮原子和氧原子的价电子数相加再减去一个，即氮原子和氧原子的价电子数相加再减去一个电子。电子。写出氯酸根离子 的路易斯结构式。合理的排布应该如下所示：ClOOOClOOOQuesti
7、on 1Question 1Solution3ClO 离子中价电子总数等于26，扣除3个单键的6个电子，余下的20个电子以孤对方式分配给四个原子,使它们均满足八隅律的要求。3ClO 各原子共提供各原子共提供3+47=31个价电子；离子的一价负电荷表明还应加一个个价电子；离子的一价负电荷表明还应加一个电子得到电子得到32电子。电子。扣除扣除4个单键的个单键的8个电子，余下的个电子，余下的24个电子以孤对方式分配给不饱和的个电子以孤对方式分配给不饱和的 F原子。原子。负电荷属于整个离子而不是个别原子！负电荷属于整个离子而不是个别原子！写出 BF4-离子的 Lewis 结构。FBFFFQuestio
8、n 2Question 2Solution 对于可以写出几个相对合理的路易斯结构式的分子，泡林提出了“共振论”，认为分子的真实结构是这些合理路易斯结构式的“共振杂化体”，每个结构式则称为一种“共振体”，“共振”的符号“”例如：苯分子C-C键长没有区别，苯分子中的C-C键既不是双键，也不是单键，而是单键与双键的“共振混合体”。有关这方面的知识将在有机化学课程中进行讨论。共振混合体 不能解释为什么有些分子的中心原子最外层电子数虽然少于8 8（缺电子中心）或多于8 8（多电子中心），但这些分子仍然能稳定存在；不能解释单电子的存在（H H2 2+)以及O O2 2分子具有磁性。对于 氧分子的结构，第一
9、种表示虽然符合路易斯结构式，但它不能表达氧分子显示的磁性，后两种表示方法对.不能解释共价键的方向性和饱和性路易斯结构式的局限性路易斯结构式的局限性limitations路易斯结构式的局限性路易斯结构式的局限性limitations缺电子中心多电子中心CClClClCl电子中心32e24e40ePClClClClCl8BClClClOOOOOO2.2 价键理论(Valence Bond Theory)价键理论价键理论也称为电子配对法也称为电子配对法(VB法法)。1927 年德国化学家年德国化学家 W.Heitler 和和 F.London 用量子力学处理用量子力学处理 H2 分子结构获得成功，后
10、经分子结构获得成功，后经 L.Pauling 等人发展建立了等人发展建立了现代价键理论现代价键理论(valence bond theory，VBT；即电子配对理论）即电子配对理论）、杂化轨道理论杂化轨道理论和和价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论)。1 1 共价键的形成和本质共价键的形成和本质经典的经典的共价键理论共价键理论(Lewis理论理论)初步揭示了共价键与离子键的不初步揭示了共价键与离子键的不同，但没有说明共价键的本质。同，但没有说明共价键的本质。1927 年，年，Heitler 和和 London 在用量子力学处理在用量子力学处理 H2 分子时，得到分子时，得到了了H2 分子势能曲线
11、，反映出氢分子的能量与两个分子势能曲线，反映出氢分子的能量与两个 H 原子核间距之间的原子核间距之间的关系以及电子状态对成键的影响，如下图关系以及电子状态对成键的影响，如下图 所示：所示：假定假定 A、B 两个氢原子中电子的两个氢原子中电子的自旋是相反的，自旋是相反的，当两个氢原子相互接近时，当两个氢原子相互接近时，A 原子的电子不仅受原子的电子不仅受 A 原子核的吸引，而且也受原子核的吸引，而且也受 B 原子核的吸引。同样，原子核的吸引。同样，B 原子原子的电子也同时受到的电子也同时受到 B 原子核和原子核和 A 原子核的吸引。整个体系的能量低于两个原子核的吸引。整个体系的能量低于两个 H
12、原原子单独存在时的能量。当体系的能量达到最低点时，核间距子单独存在时的能量。当体系的能量达到最低点时，核间距(r0)为为 87 pm(实验值实验值约为约为 74 pm)。如果两个原子继续靠近，由于原子核之间的斥力逐渐增大，使体系能量升高，如果两个原子继续靠近，由于原子核之间的斥力逐渐增大，使体系能量升高，如图中实线所示。因此，如图中实线所示。因此，r r0 0 为体系能量最低的平衡距离，两个氢原子保持为体系能量最低的平衡距离，两个氢原子保持 r r0 0 距距离形成化学键，这种状态称为氢分子的基态。离形成化学键，这种状态称为氢分子的基态。如果两个氢原子的电子如果两个氢原子的电子 自旋平行，自旋
13、平行，当它们互相靠近时，量子力学可以证明，它们当它们互相靠近时，量子力学可以证明，它们将产生相互排斥作用，核间距越小，排斥作用越大。将产生相互排斥作用，核间距越小，排斥作用越大。如图中虚线所示，体系的能量始终高于两个单独存在的氢原子的能量，不能形成稳如图中虚线所示，体系的能量始终高于两个单独存在的氢原子的能量，不能形成稳定的化学键，这种不稳定的状态称为氢分子的推斥态。定的化学键，这种不稳定的状态称为氢分子的推斥态。多原子分子的几何构型决定了分子的偶极矩是否等于零，因此，测定偶极矩可用来判别分子的几何构型。二、分子轨道理论(MO)的基本要点AB(g)=A(g)+B(g)H0298（AB）（D）供
14、空轨道。键级 BO=(10-4)/2=3如果剩余的电子不够安排，可将一些单键改为双键性质的影响。hydrogen bonding某些分子的范德华力构成对比He2s2S2s*2S2s2p2p2px2p2py2p*2px2p*2py2下，临近它的分子会产生诱导形成共价键时，只有能量相近的原子轨道才能有效重叠。电子在分子轨道中的排布(1)键范德华力普遍存在于固、液、气态任何微粒之间。若组合得到的分子轨道的能量跟组合前的原子轨道能量没有明显差别，所得分子轨道叫非键轨道。杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理。只有极性分子与极性分子之间才存在。XeOF4 5+(8-12-4 1)/2=6H2 分子的
15、两种状态的2和原子轨道重叠示意图 从量子力学处理从量子力学处理H2共价键形成来看，共价键的结合力是两个原共价键形成来看，共价键的结合力是两个原子核对共用电子对所形成的负电区域的吸引力。或者说：子核对共用电子对所形成的负电区域的吸引力。或者说：共价键的共价键的本质本质原子轨道在两核间重叠，使核间电子概率密度大，形成负原子轨道在两核间重叠，使核间电子概率密度大，形成负电区，两核吸引负电区，使电区，两核吸引负电区，使H结合在一起。结合在一起。共价键的本质（1 1）电子配对原理）电子配对原理 如果如果 A、B 两个原子各有一个未成对的电子，两个单电子以两个原子各有一个未成对的电子，两个单电子以自旋相反
16、自旋相反的的方式相互配对在两原子间形成稳定的共价单键。如果方式相互配对在两原子间形成稳定的共价单键。如果 A、B 各有两个或各有两个或三个未成对的电子，那么自旋相反的单电子可以两两配对，形成共价双三个未成对的电子，那么自旋相反的单电子可以两两配对，形成共价双键或叁键。在成键过程中，两个单电子以自旋相反的方式配对，形成稳键或叁键。在成键过程中，两个单电子以自旋相反的方式配对，形成稳定的化学键，会释放出能量，使体系的能量降低，这是共价键形成的能定的化学键，会释放出能量，使体系的能量降低，这是共价键形成的能量依据，也就是说符合能量最低原理。量依据，也就是说符合能量最低原理。2 2 价键理论的基本要点
17、价键理论的基本要点形成共价键时，原子轨道的重叠程度越大，两核间电子的概率密形成共价键时，原子轨道的重叠程度越大，两核间电子的概率密度就越大，形成的共价键就越稳定。即共价键的形成遵循原子轨道最度就越大，形成的共价键就越稳定。即共价键的形成遵循原子轨道最大重叠原理。大重叠原理。（2）原子轨道最大重叠原理（3）能量相近原则形成共价键时，只有能量相近的原子轨道才能有效重叠。形成共价键时，只有能量相近的原子轨道才能有效重叠。共价键的形成条件之一是原子中必须共价键的形成条件之一是原子中必须有成单电子，有成单电子，而且成单电子的而且成单电子的自旋自旋方向必须相反方向必须相反。由于一个原子的一个成单电子只能与
18、另一个成单电子配。由于一个原子的一个成单电子只能与另一个成单电子配对，形成一个共价单键，因此一个原子有几个成单的电子（包括激发后对，形成一个共价单键，因此一个原子有几个成单的电子（包括激发后形成的单电子）便可与几个自旋相反的成单电子配对成键。形成的单电子）便可与几个自旋相反的成单电子配对成键。（1）共价键具有饱和性 3.共价键的特点：共价键的特点：例如，氯原子最外层有一个未成对的例如，氯原子最外层有一个未成对的 3p 电子，它与另一个氯原子电子，它与另一个氯原子 3p 轨道上的一个电子配对形成双原子分子轨道上的一个电子配对形成双原子分子 Cl2 后，每个氯原子就没后，每个氯原子就没有成单电子，
19、即使再有第三个氯原子与有成单电子，即使再有第三个氯原子与 Cl2 接近，也不能形成接近，也不能形成 Cl3。氮原子最外层有三个未成对电子，两个氮原子可以共用三对电子以氮原子最外层有三个未成对电子，两个氮原子可以共用三对电子以共价叁键结合成分子共价叁键结合成分子 N2，一个氮原子也可以与三个氢原子各分别共用，一个氮原子也可以与三个氢原子各分别共用一对电子结合成一对电子结合成 NH3，形成三个共价单键。，形成三个共价单键。共价键的形成要遵循原子轨道最大重叠原理。共价键的形成要遵循原子轨道最大重叠原理。（2）共价键具有方向性 原子轨道在空间有一定的形状和取向，除了原子轨道在空间有一定的形状和取向，除
20、了S轨道呈球形对称轨道呈球形对称,S轨道轨道 和和S轨道之间轨道之间可以在任何方向上都能达到最大程度的重叠外，可以在任何方向上都能达到最大程度的重叠外，p,d,f在空间都有一定的伸展方向，在空间都有一定的伸展方向，只有沿着一定的方向只有沿着一定的方向重叠重叠才能进行最大程度的重叠。所以才能进行最大程度的重叠。所以共价键具有方向性。共价键具有方向性。HF 分子中的共价键共价键的方向性，是指一个原子与周围原子形成共价键有一定的角度。共价键具有方向性的原因在共价键的方向性，是指一个原子与周围原子形成共价键有一定的角度。共价键具有方向性的原因在于原子轨道于原子轨道p,d,fp,d,f在空间有一定的方向
21、性，它和相邻原子的轨道重叠成键要满足最大重叠条件。在空间有一定的方向性，它和相邻原子的轨道重叠成键要满足最大重叠条件。4 共价键的类型 由于原子轨道重叠方式不同，可以形成不同类型的共价键。成键由于原子轨道重叠方式不同，可以形成不同类型的共价键。成键的两个原子核间的连线称为键轴，按成键原子轨道与键轴之间的关系，的两个原子核间的连线称为键轴，按成键原子轨道与键轴之间的关系，共价键的键型主要分为共价键的键型主要分为 键和键和 键两种。键两种。如果原子轨道沿键轴方向按如果原子轨道沿键轴方向按“头碰头头碰头”的方式发生同号重叠，的方式发生同号重叠，则键轴是成键原子轨道的对称轴，即原子轨道绕键轴旋转时，图
22、形则键轴是成键原子轨道的对称轴，即原子轨道绕键轴旋转时，图形和符号均不变化。这种方式形成的共价键称为和符号均不变化。这种方式形成的共价键称为 键。键。(1)键 DNA双螺旋是由氢键使碱基键级越大，键的强度也越大，键长就越短。某些分子的偶极矩实测值供空轨道。:O O:VP=(5+5)=5 LP=0它的骨架结构只能是 NO，用去 2 个电子，剩下 8 个电子无论是按图（a）中以孤对方式分配给两个原子，还是按（b）和（c）那样将 NO 单键改成双键，都不能满足“八隅体规则”，只有将单键改成叁键，才能满足要求。1927 年德国化学家 W.本质上是静电作用，但它有方向性，即孤电子对的伸展方向。从以上 键
23、和 键形成来看，沿着键轴方向以“头碰头”方式重叠的原子轨道能够发生最大程度重叠，原子轨道重叠部分沿键轴呈圆柱形对称，形成的 键具有键能大、稳定性高的特点。负电荷属于整个离子而不是个别原子！VP=(6+6)=6 LP=0XeOF4 5+(8-12-4 1)/2=6、一般情况下，卤素原子做配体时提供1个电子，它做中心原子时，则提供所有的7个价电子；例如，氯原子最外层有一个未成对的 3p 电子，它与另一个氯原子 3p 轨道上的一个电子配对形成双原子分子 Cl2 后，每个氯原子就没有成单电子，即使再有第三个氯原子与 Cl2 接近，也不能形成 Cl3。CO 分子轨道能级图价层电 电子对 成键 未成对 分
24、子构型 实例如果两个氢原子的电子 自旋平行，当它们互相靠近时，量子力学可以证明，它们将产生相互排斥作用，核间距越小，排斥作用越大。而由两个符号相反的波函数的叠加（即原子轨道相减重叠）所形成的分子轨道，由于在两核间概率密度减小，其组合得到的分子轨道的能量比组合前的原子轨道能量之和高，所得分子轨道叫做“反键轨道”（如用*或*表示）；根据“八隅律”很容易判断出(c)为甲醛的 Lewis 结构式。相互靠拢相互靠拢 如果原子轨道按如果原子轨道按“肩并肩肩并肩”方式发生同号重叠，那么成键的原子轨方式发生同号重叠，那么成键的原子轨道对通过键轴的一个节面呈反对称性，也就是成键轨道在该节面上下两道对通过键轴的一
25、个节面呈反对称性，也就是成键轨道在该节面上下两部分图形一样，但符号相反。这种方式形成的共价键称为部分图形一样，但符号相反。这种方式形成的共价键称为 键。键。(2)键（b）（3）键：d 轨道重叠形成的（本课程不要求）从以上从以上 键和键和 键形成来看，沿着键轴方向以键形成来看，沿着键轴方向以“头碰头头碰头”方式重叠的原子轨方式重叠的原子轨道能够发生最大程度重叠，原子轨道重叠部分沿键轴呈圆柱形对称，形成的道能够发生最大程度重叠，原子轨道重叠部分沿键轴呈圆柱形对称，形成的 键具有键能大、稳定性高的特点。键具有键能大、稳定性高的特点。以以“肩并肩肩并肩”方式重叠的原子轨道，其重叠部分对通过键轴的一个节
26、面具有反方式重叠的原子轨道，其重叠部分对通过键轴的一个节面具有反对称性，但重叠程度要比对称性，但重叠程度要比 键轨道的重叠程度小。因此，键轨道的重叠程度小。因此，键的键能小于键的键能小于 键的键能，键的键能，键的稳定性低于键的稳定性低于 键，但键，但 键的电子比键的电子比 键的电子活泼，容易键的电子活泼，容易参与化学反应。参与化学反应。N2 分子结构示意图除了以上讨论的最简单的除了以上讨论的最简单的 键和键和 键之外，还有很多其它类型的共价键，如共键之外，还有很多其它类型的共价键，如共轭体系中的大轭体系中的大 键、键、酸配合物中的反馈键、酸配合物中的反馈键、ReClReCl8 82-2-中的中
27、的 键等。苯分子中键等。苯分子中存在一个由六个原子的存在一个由六个原子的P P轨道侧面重叠形成的离域轨道侧面重叠形成的离域键键 。综上所述，价键理论阐明了共价键的形成过程和本质，成功的解释了综上所述，价键理论阐明了共价键的形成过程和本质，成功的解释了共价键的方向性和饱和性等特点。共价键的方向性和饱和性等特点。离子中价电子总数等于26，扣除3个单键的6个电子，余下的20个电子以孤对方式分配给四个原子,使它们均满足八隅律的要求。第二周期元素的同核双原子分子的能量变化4 2（ii）不同价电子对之间排斥作用的顺序为：即共价键的形成遵循原子轨道最大重叠原理。He2s2S2s*2S2p2px1p2py1凡
28、属于VSEPR模型的AY2的分子或离子的中心原子AAB(g)=A(g)+B(g)H0298（AB）（D）利用共价半径的数据可以估算键长，例如，CCl键长为77pm+99pm=176pm，实验测定CF3Cl分子中的CCl键长为175.有偶极之间的电性引力。若组合得到的分子轨道的能量跟组合前的原子轨道能量没有明显差别，所得分子轨道叫非键轨道。（ii）不同价电子对之间排斥作用的顺序为：如果原子轨道按“肩并肩”方式发生同号重叠，那么成键的原子轨道对通过键轴的一个节面呈反对称性，也就是成键轨道在该节面上下两部分图形一样，但符号相反。只有极性分子存在才会产生。DNA双螺旋是由氢键使碱基若组合得到的分子轨道
29、的能量跟组合前的原子轨道能量没有明显差别，所得分子轨道叫非键轨道。键级越大，键的强度也越大，键长就越短。扣除与共价单键相应的电子数(单键数2)后，将特征，会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释剩余的价电子分配给每个原子,使其占有适当数目形成条件形成条件：成键原子一方提供孤对电子，另一方成键原子一方提供孤对电子，另一方 提提 供空轨道。供空轨道。4BFFBFFFCOOC 4.配位键（共价键里的一种特殊形式）4NHHHNHH特征特征 键键键键原子轨道重叠方式原子轨道重叠方式沿键轴方向相对重叠沿键轴方向相对重叠沿键轴方向平行重叠沿键轴方向平行重叠原子轨道重叠部位原子轨道重叠部位两原子核之间，在键两原
30、子核之间，在键轴处轴处键轴上方和下方，键轴键轴上方和下方，键轴处为零处为零原子轨道重叠程度原子轨道重叠程度大大小小键的强度键的强度较大较大较小较小化学活泼性化学活泼性不活泼不活泼活泼活泼键和键的特征比较 虽然价键理论比较简明地阐明了共价键的形成过程和本质，并成功地解释了共价键的方向性和饱和性。但在预测和解释分子的空间结构方面遇到了困难。为了预测和解释分子的空间立体结构，就出现了 另外两个理论作为价键理论的补充：价层电子对互斥理论和杂化轨道理论。1940，Sidgwick等在总结实验事实的基础上提出了一种简单的理论模型，可以预测简单分子或离子的立体结构。这种理论模型在20世纪50年代经等的发展，
31、定名为价层电子对互斥模型2.3 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论 VSEPR for judging the configuration of the covalence molecular 分子或离子的空间构型与中心原子的分子或离子的空间构型与中心原子的 价层电子对数目有关价层电子对数目有关VP =BP +LP 价层价层 成键成键 孤对孤对 价层电子对尽可能远离价层电子对尽可能远离,以使斥力最小以使斥力最小(1)LP-LP LP-BP BP-BP 根据根据 VPVP 和和 LPLP 的数目的数目,可以推测出分子的空间构型可以推测出分子的空间构型1 1.基本要点基本要点（）角度相同时：孤对
32、孤对的斥力孤对成键的斥力成键电对成键电对的斥力。（）叁键叁键叁键双键双键双键双键单键单键单键H-C C-HC CC H3-C H3HHHH180120109000（）w-w w-ss-s (w为电负性弱的配位原子，s为电负性强的配位原子)，如（-）（-）。SOOFFSC lC lOO9810200（）处于中心原子的全充满价层里的键合电子之间的斥力大于处于在中心原子的未充满价层里键合电子之间的斥力。如(-106.7)和(-93.5)键角的差别。NPHHHHHH价 轨 道 d是 空 的106.793.5002 2.分子形状的确定方法分子形状的确定方法 首先确定中心原子首先确定中心原子A A的价层电
33、子对数的价层电子对数VPVP 确定电子对的空间排布方式确定电子对的空间排布方式VP=1/2A的价电子数的价电子数+配位体配位体X提供的价电子数提供的价电子数 离子电荷数离子电荷数()确定中心原子确定中心原子A的价层电子对数的价层电子对数VP负负正正1、中心原子价电子数规定：2、配位原子提供的电子数规定：氧分子的分子轨道模型中，氧分子的反键轨道还有一半是空2 价键理论的基本要点凡属于VSEPR模型的AY2的分子或离子的中心原子A含义：氢键是已经以共价键与其他原子键合的氢原子与另一个原子之间产生的分子间作用力，是除范德华力外的另一种常见分子间作用力。VP=(6+6)=6 LP=0电子在分子轨道中的
34、排布4 杂化轨道理论（hybrid orbital Theory）了解共价键的键长、键角、键和分子的极性Heitler 和 F.这种杂化叫不等性杂化。上例中氟的2pz轨道顺着分子中原子核的连线向氢的1s轨道“头碰头”地靠拢而达到最大重叠。分子间作用力通常有两类范德华力（由丹麦物理学家，1910年诺贝尔物理奖获得者范德华（Van der Waals)提出）和氢键。（但F-F键能明显反常，比Cl-Cl甚至Br-Br的键能还小。只有极性分子与极性分子之间才存在。键级越大，键的强度也越大，键长就越短。价层电子对互斥模型在预测简单分子或离子的立体结构上是比较成功的。下，临近它的分子会产生诱导 极性分子极
35、性越大，诱导力越大，被诱导分子的变形性越大，诱导力越大。1、中心原子价电子数规定：确定电子对的空间排布方式、配位原子与中心原子形成1个双键，要在“价层电子对数”中减去1，配位原子与中心原子形成1个三键，要在“价层电子对数”中减去2。、一般情况下，卤素原子做配体时提供1个电子，它做中心原子时，则提供所有的7个价电子；、氧族原子做配体时可认为不提供电子，但它做中心原子时，则提供所有的6个价电子。氢原子做配体时提供1个电子.、离子电荷数的规定：正电荷的电荷数为正值，负电荷的电荷数为负值。按照上面公式计算出来的“价层电子对数”，如果结果中有0.5要进1，最后要取整数。2200442044 例如1：CO
36、2中“中心原子的价层电子对数”计算如下：C原子的价层电子对数=2对价电子按直线形式排在C原子的左右，每对价电子接1个O，所以CO2分子是直线分子。C原子的价层电子对数=4对价电子按照指向四面体4个顶点的形式排在位于四面体中心的C原子周围，每对价电子接1个Cl，所以CCl4分子是四面体分子。例如2：CCl4中“中心原子的价层电子对数”计算如下：例例：XeF2 2+(8-21)/2=5 XeF4 4+(8-41)/2=6 XeOF4 5+(8-12-4 1)/2=6 XeO2F2 4+(8-22-2 1)/2=5 VP=与中心原子成键的原子数+（中心原子价电子数-配位原子未成对电子数之和)2或者或
37、者 为了减少价电子对之间的斥力，电子对间应尽量互相远离。为了减少价电子对之间的斥力，电子对间应尽量互相远离。确定电子对的空间排布方式确定电子对的空间排布方式 价层电子对互相排斥作用的大小，决定于电子对之间的夹角和电子价层电子对互相排斥作用的大小，决定于电子对之间的夹角和电子对的成键情况。一般规律为：对的成键情况。一般规律为：（i）电子对之间夹角越小，排斥力越大；（ii）不同价电子对之间排斥作用的顺序为：）不同价电子对之间排斥作用的顺序为：孤电子对孤电子对-孤电子对孤电子对 孤电子对孤电子对-成键电子对成键电子对 成键电子对成键电子对-成键电子对成键电子对 （iii）由于重键（双键、叁键）比单键
38、包含的电子数目多，占据空间大，）由于重键（双键、叁键）比单键包含的电子数目多，占据空间大，排斥力也较大，其排斥作用的顺序为：排斥力也较大，其排斥作用的顺序为：叁键叁键 双键双键 单键单键 因此，对于含有重键的分子来说，因此，对于含有重键的分子来说，键电子对虽然不能改变分子的基本键电子对虽然不能改变分子的基本形状，但对键角有一定的影响，一般单键与单键之间的的键角较小，单形状，但对键角有一定的影响，一般单键与单键之间的的键角较小，单键与双键、双键与双键之间的键角较大。键与双键、双键与双键之间的键角较大。电子对和电子对空间构型的关系分子的几何构型与电子对构型的关系分子的几何构型与电子对构型的关系LP
39、=0 分子的空间构型分子的空间构型=电子对的空间构型电子对的空间构型BeH2BF3CH4PC15SF6VP=(2+2)=2 LP=021VP=(3+3)=3 LP=021VP=(4+4)=4 LP=021VP=(5+5)=5 LP=021VP=(6+6)=6 LP=021价层电价层电 电子对电子对 成键成键 未成对未成对 分子构型分子构型 实例实例子子对数对数 构型构型 电子对电子对 电子对电子对 3 2 1LP0分子的空间构型电子对的空间构型LP0 4 3 1 2 2V型三角锥V型 5 3 2价层电价层电 电子对电子对 成键成键 未成对未成对 分子构型分子构型 实例实例子子对数对数 构型构型
40、 电子对电子对 电子对电子对T形 6 5 1 4 2四角锥平面正方形异核双原子分子HF、HCl、HBr、HI的极性依次增大。4对价电子按照指向四面体4个顶点的形式排在位于四面体中心的C原子周围，每对价电子接1个Cl，所以CCl4分子是四面体分子。(1)LP-LP LP-BP BP-BP故诱导力绝不是分子间的主导作用力，永远是很次要的作用力。碳原子采取的是SP2杂化（ii）不同价电子对之间排斥作用的顺序为：H2 分子的两种状态的2和原子轨道重叠示意图原子轨道组合形成分子轨道三原理：因此，键的键能小于 键的键能，键的稳定性低于 键，但 键的电子比 键的电子活泼，容易参与化学反应。记为H0298（A
41、B）或 D中心原子价层有 6 对电子。而由两个符号相反的波函数的叠加（即原子轨道相减重叠）所形成的分子轨道，由于在两核间概率密度减小，其组合得到的分子轨道的能量比组合前的原子轨道能量之和高，所得分子轨道叫做“反键轨道”（如用*或*表示）；根据“八隅律”很容易判断出(c)为甲醛的 Lewis 结构式。人们把用短棍表示共价键，同时用小黑点表示非键合的“孤对电子”的结构式叫做路易斯结构式,也叫电子结构式。CO2分子中的大键E3p(Cl)=-1259 kJmol-1价层电子对互斥模型在预测简单分子或离子的立体结构上是比较成功的。第二周期同核双原子分子的分子轨道组态与基本性质氧分子的分子轨道模型中，氧分
42、子的反键轨道还有一半是空键能/kJmol1判断判断 OF2 分子的基本形状。分子的基本形状。写出路易斯结构式,并读出中心原子周围价电子对的总数:中心原子价层有 4 对电子。4 对价电子的理想排布方式为正四面体,但考虑到其中包括两个孤对,所以分子的实际几何形状为角形,相当于 AB2E2 型分子。F O FQuestion 3Question 3Solution判断 XeF4 分子的基本形状 中心原子价层有 6 对电子。理想排布方式为正八面体,但考虑到其中包括两个孤电子对,所以分子的实际几何形状为平面四方形,相当于AB4E2 型分子。中心原子 Xe 的价电子数为 8，F 原子的未成对电子数为1。可
43、以算得中心原子价电子对的总数和孤对数分别为:(价层电子对总数)=4(84)/2=6 (孤电子对的数目)=(84)/2=2Question 4Question 4Solution总结：价键理论价键理论可以解释共价键的方向性和饱和性，但未能描述分子的可以解释共价键的方向性和饱和性，但未能描述分子的立体结构（构成分子的原子在空间的排布）。分子的立体结构可立体结构（构成分子的原子在空间的排布）。分子的立体结构可以用现代实验手段测定，同时，也可以运用理论模型来预测。以用现代实验手段测定，同时，也可以运用理论模型来预测。价价层电子对互斥模型层电子对互斥模型在预测简单分子或离子的立体结构上是比较成在预测简单
44、分子或离子的立体结构上是比较成功的。但是如何来解释分子或离子的立体结构，则需要功的。但是如何来解释分子或离子的立体结构，则需要杂化轨道杂化轨道理论。理论。2.4 杂化轨道理论杂化轨道理论（hybrid orbital Theory）根据价键法，CH4分子中由于碳原子的电子层结构中只有2个未成对电子，所以它只能与2个氢原子形成2条共价单键。如果考虑将碳原子的1个2s电子激发到2p轨道上去，则有4个成单电子，它可与4个氢原子的1s电子配对形成4个C-H键。由于碳原子的2s电子和2p电子的能量是不同的，那么这4个C-H应当是不同的，这与实验事实不符，这是价键法不能解释的。为了解释这种事实，Pauli
45、ng提出杂化轨道理论。在形成分子时，由于原子间的相互作用，若干不同类型、能量相近的原子轨道混合起来，重新组在形成分子时，由于原子间的相互作用，若干不同类型、能量相近的原子轨道混合起来，重新组成一组新的轨道，这种重新组合的过程叫杂化，所形成的轨道叫成一组新的轨道，这种重新组合的过程叫杂化，所形成的轨道叫杂化轨道。杂化轨道。1.杂化轨道理论基本要点杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理。杂化前后轨道数目不变 杂化轨道又可分为等性和不等性杂化轨道两种。凡是由不同类型的原子轨道混合起来，重新组合成一组完全等同（能量相同、成分相同）的杂化轨道。这种杂化叫等性杂化。凡是由于杂化轨道中有不参与成键的孤电
46、子对的存在，而造成不完全等同的杂化轨道。这种杂化叫不等性杂化。杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理。原子轨道重叠越多，形成的化学键越稳定。对于不同类型的杂化轨道来说，其成键能力的大小次序如下：spsp2sp3dsp2sp3dsp3d2 sp3杂化2p2s2s2psp3四个四个 sp3 杂化轨道杂化轨道激发杂化CH4中共价 键形成基态碳原子的结构杂化轨道凡属于VSEPR模型的AY4的分子的中心原子A都采取sp3杂化类型.如CH4,CCl42.杂化形式2s2p轨道轨道2s2p2s2psp2三个三个 sp2 杂化轨道杂化轨道激发杂化 BF3 中共价键的形成基态硼原子的结构杂化轨道 sp2杂化B
47、FFF凡属于VSEPR模型的AY3的分子或离子的中心原子A大都采取sp2杂化类型.如BF3,CO32-sp杂化2s2p2s2psp2p两个两个 sp 杂化轨道杂化轨道激发杂化 ClBeCl基态铍原子的结构 BeCl2 中共价键的形成杂化轨道凡属于VSEPR模型的AY2的分子或离子的中心原子A大都采取sp杂化类型.如BeCl2,30104HOH H2O中O原子采取 sp3 不等性杂化H2O中共价键形成sp3p2s2sp3 杂化杂化轨道基态氧原子的 原子轨道“不等性杂化不等性杂化”Nonequvalent hybridization“不等性杂化不等性杂化”Nonequvalent hybridiz
48、ation凡是由于杂化轨道中有不参加成键的孤对电子的存在，而造成不完全等同的杂化轨道的杂化方式，就叫不等性杂化18107HNHNH3中N 原子采取 sp3 不等性杂化sp3杂化基态氮原子的 结 构NH3中共价键形成杂化轨道试用杂化轨道理论解释下面问题：试用杂化轨道理论解释下面问题：NH3、H2O 的键角为什么比的键角为什么比 CH4 小？小？CO2 的键角为的键角为 何是何是180？乙烯为何取乙烯为何取120 的键角？的键角？在在 BCl3 和和 NCl3 分子中，中心原子的氧化数和配体分子中，中心原子的氧化数和配体 数都相同，为什么两者的空间分子结构却不同？数都相同，为什么两者的空间分子结构
49、却不同？BCl3：sp2杂化,平面三角形；NCl3：sp3不等性杂化，三角锥型 在在 sp2 和和 sp 杂化轨道杂化轨道中，是否也存在不等性杂化？中，是否也存在不等性杂化？各举一例！各举一例！例如 SO2 和 CO 杂化形式不同Question 5Question 5sp3d、dsp3（三角双锥）sp3d2、d2sp3（正八面体）sp2d、dsp2杂化轨道（正方形）d4sp3 杂化轨道杂化轨道(正十二面体）正十二面体）杂化轨道杂化轨道 数数结构结构杂化轨杂化轨道理想道理想夹角夹角直线型直线型sp2 平面三角平面三角形形sp23正四面正四面体体sp34三角双三角双锥锥dsp35正八面体正八面体
50、d2sp36定 义：多个原子上相互平行的 p 轨道连贯重叠 在一 起构成一个整体，而 p 电子在这个 整体内 运动所形成的键形成条件：参与成键的原子应在一个平面上，而且 每个原子都能提供1个相互平行的 p 轨道 bC)d d(C=C)(C=C)d d(CC)(CC)；d d(H(HF)F)d d(H(HCl)Cl)d d(H(HBr)Br)d d(H(HI)I)；COCO分子中的分子中的C=OC=O键介乎碳键介乎碳-碳双键和碳碳双键和碳-碳三键之间；碳三键之间；O O2 2+、O O2 2、O O2 2、O O2 22 2中的氧中的氧-氧键依次增长；等等。氧键依次增长；等等。（1 1）含义：）
