共价键与分子结构

轨道杂化理论的基本要点是：重点
(1) 只有在形成分子的过程中，中心原子能量相近的原子轨道 才能进行杂化。
(2) 杂化轨道的成键能力比未杂化的原子轨道的成键能力强。 (3) 原子轨道进行杂化时，轨道的数目不变，但轨道在空间的 伸展方向发生变化。
一、杂化轨道理论的基本要点
同一原子中能量相近的原子轨道重新组合成新的原子轨道， 称为原子轨道的杂化，得到的原子轨道称为杂化轨道。
五、共价键参数
(二) 键长 分子中两个成键原子核间的平衡距离称为键长。
表 10-1 一些共价键的键能和键长
五、共价键参数
(三) 键角 在多原子分子中，键与键之间的夹角称为键角。
五、共价键参数
(四) 共价键的极性
按共用电子对是否发生偏移，共价键可分为非极性共价键 和极性共价键。
当两个相同原子以共价键结合时，两个原子对共用电子对 的吸引能力相同，共用电子对不偏向于任何一个原子。这种共 价键称为非极性共价键。
形成的两个杂化轨道称为 sp 杂化轨道。每个 sp 杂化轨道中 含有 1/2 的 s 轨道成分和 1/2 的 p 轨道成分，杂化轨道间的夹 角为 180°。
图 10-6 sp 杂化示意图
二、s-p 型杂化轨道及有关分子的空间构型 (二) sp2 杂化轨道及有关分子的几何构型 由一个 ns 轨道和两个 np 轨道参与的杂化称为 sp2 杂化， 形成的三个杂化轨道称为 sp2 杂化轨道。每个 sp2 杂化轨道中 含有 1/3 的 s 轨道成分和 2/3 的 p 轨道成分，杂化轨道间的夹 角为120º，呈平面正三角形。
图 10-3 H 原子的1s 轨道与 Cl 原子的 3px 轨道重叠示意图
三、共价键的类型
(一) σ键
重点
原子轨道沿键轴(两原子核间联线)方向以 “头碰头” 方式重叠所形成的共价键称为σ键。形成σ键时，原子轨 道的重叠部分对于键轴呈圆柱形对称，沿键轴方向旋转 任意角度，轨道的形状和符号均不改变。
电子对的排布方式
分子空间构型
实例
6 八面体
6
0 AB6
5
1 AB5
4
2 AB4
正八面体 SF6
四方锥形 IF5
平面正方形
ICl
4
第三节 杂化轨道理论
一、杂化轨道理论的基本要点 二、s-p 杂化轨道及有关分子的空间构型 三、d-s-p 杂化轨道及有关分子的空间构型
一、杂化轨道理论的基本要点
同一原子中能量相近的原子轨道重新组合成新的原子轨道， 称为原子轨道的杂化，得到的原子轨道称为杂化轨道。
分布为三角双锥形。在中心原子的 5 对价层电子对中，
有 2 对成键电子对和 3 对孤对电子，有以下三种可能的
结构：
二、价层电子对互斥理论应用实例
(四)
IF
2
离子的离子构型
电子对之间的夹角有90°、120°和180°，只需考虑夹角
为 90°的静电斥力。
二、价层电子对互斥理论应用实例
(四)
IF
2
(2) 下列选项中价电子对数与配位原子数目相等的是( A ) A. CS2 B, NH3 C. H2O D. ClO3
二、价层电子对互斥理论练习
(3) 下列分子或离子中，不含有孤电子对的是( D )。
A. H2O
B. H3O+
C.NH3
D.
NH
4
(4) 用价层电子对互斥理论判断 SO3 的分子构型为( D )。 A.正四面体形 B.V形 C.三角锥形 D.平面三角形
图 10-8 sp2 杂化轨道示意图
BF3 形成示意图
BF3 的几何构型
二、s-p 型杂化轨道及有关分子的空间构型 (三) sp3 等性杂化轨道及有关分子的几何构型 由一个 ns 轨道和三个 np 轨道参与的等性杂化称为 sp3 等 性杂化，形成的四个杂化轨道称为 sp3 等性杂化轨道。 每个 sp3 杂化轨道中含有 1/4 的 s 轨道成分和 3/4 的 p 轨道成分， 杂化轨道间的夹角为 109°28′。
一、价层电子对互斥理论基本要点
(3) 根据中心原子的价层电子对的排布方式，把配位原子排 布在中心原子周围，每一对电子连接一个配位原子，未结合配 位原子的电子对是孤对电子。若中心原子的价层电子对全部是 成键电子对，则分子或离子的空间构型与中心原子的价层电子 对的分布方式相同；若价层电子对中有孤对电子，应选择静电 斥力最小的结构，即为分子或离子的空间构型。
2
2 AB2
V 形 H2O
价层电子 对数
价层电子对排 布
成键电子对数孤对电子数分子类型 电子对的排布方式 分子空间构型
实例
三角 5 双锥
50
AB5
41
AB4
32
AB3
23
AB2
三角双锥 PCl5 变形四面体 SF4
T 形 ClF3
直线形
I
3
价层电子 对数
价层电子对排布
成键电子 对数
孤对电子数 分子类型
三键＞双键＞单键
(5) 与中心原子结合的配位原子的电负性越大，成键电子对 离中心原子越远，减少了成键电子对的斥力，键角相应减小。
一、价层电子对互斥理论基本要点
利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构型的步骤 如下：
(1) 确定中心原子的价层电子对数。 (2) 根据中心原子的价层电子对数，找出相应的电子对排布。
轨道杂化理论的基本要点是： (4) 组合得到的杂化轨道与其他原子形成 键或排布孤对电子， 而不能以空轨道的形式存在。 (5) 中心原子采取的杂化类型决定了杂化轨道分布形状及所形 成的分子的空间构型。
二、s-p 型杂化轨道及有关分子的空间构型 重点
(一) sp 杂化轨道及有关分子的几何构型 由一个 ns 轨道和一个 np 轨道参与的杂化称为sp 杂化，
一、价层电子对互斥理论的基本要点 二、价层电子对互斥理论的应用实例
一、价层电子对互斥理论基本要点
重点
价层电子对互斥理论的基本要点是： (1) 多原子分子或多原子离子的空间构型取决于中心原 子的价层电子对。 (2) 中心原子的价层电子对之间尽可能远离，以使斥力 最小。 表 10-2 静电斥力最小的价层电子对的分布方式
Heitler 和 London 用量子力学处理氢原子形成氢分子形 成的过程，得到氢分子的能量与核间距之间的关系曲线。
一、共价键的本质
如果两个氢原子的电子自旋相反，当它们相互接近时， 随着核间距减小，两个氢原子的 1s 轨道发生重叠，两个原 子核间形成一个电子出现的概率密度较大的区域，既降低 了两个原子核间的正电排斥，又增加了两个原子核对核间 电子出现的概率密度较大区域的吸引，系统能量逐渐降低， 当核间距减小到平衡距离时，能量降低到最低值，两个氢 原子形成氢分子。
形成配位键的条件是： (1) 电子对给予体的最外层有孤对电子； (2) 电子对接受体的最外层有可接受孤对电子的空轨道。
五、共价键参数
(一) 键能
在标准状态下，使单位物质的量的气态分子 AB 解离成 气态原子 A 和 B 所需要的能量称为键解离能。
对双原子分子，键能等于键解离能。对多原子分子，键 能等于键解离能的平均值。
五、共价键参数
(四) 共价键的极性
当两个不同元素的原子以共价键结合时，共用电子对偏向 于电负性较大的原子。电负性较大的原子带部分负电荷，电负 性较小的原子带部分正电荷，正、负电荷中心不重合。这种共 价键称为极性共价键。
共价键的极性与成键两原子的电负性差有关，电负性差越 大，共价键的极性就越大。
第二节 价层电子对互斥理论
第十章 共价键与分子结构
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
现代价键理论 价层电子对互斥理论 杂化轨道理论 分子轨道理论 离域π键 分子间作用力和氢键 原子晶体和分子晶体
化学键理论百度文库
离子键理论
共价键理论 配位键理论
现代价键理论
分子轨道理论
电子配对法 杂化轨道理论 价电子对互斥理论
第一节 现代价键理论
三、共价键的类型 (二)π键
原子轨道垂直于键轴以 “肩并肩” 方式重叠所形 成的共价化学键称为π键。形成π键时，原子轨道的重叠 部分对等地分布在包括键轴在内的平面上、下两侧，形 状相同，符号相反，呈镜面反对称。
三、共价键的类型
从原子轨道重叠程度来看，π键的重叠程度比σ键的重 叠程度小，π键的键能小于σ键的键能，所以π键的稳定性 低于σ键，它是化学反应的积极参与者。
(7) 下列对应关系正确的是：( A )
选项
A
B
C
D
中心原子所在族 14
15
14
16
分子简式 立体结构
AB4
AB3
AB2
AB2
正四面体 平面三角形 直线形 直线形
表 10-3 中心原子的价层电子对的排布和 ABn 型共价分子的构型
价层电子 价层电子对 对数 排布
成键电子对数
孤对电子 数
分子类型 电子对的排布方式
(5) 下列分子：
A. BCl3 B. CCl4 C. H2S D.CS2 中，键角由小到大的顺序为___C___B___A____D___。
二、价层电子对互斥理论练习
(6) 为什么 H2O 的键角不是90º，而是104.5º？ 价层电子对互斥理论说明： H2O 的电子构型为四面体
形，四个电子对本应互呈109º28夹角；因其中两个顶点被 孤电子对占据，成键电子对呈V形，夹角被压缩至104.5º。
一、共价键的本质 二、价键理论的基本要点 三、共价键的类型 四、配位共价键 五、共价键参数
一、共价键的本质
1916 年，美国化学家 Lewis 提出了早期共价键理论。 Lewis 认为：分子中的每个原子都有达到稳定的稀有气体结 构的倾向，在非金属原子组成的分子中，原子达到稀有气 体稳定结构是通过共用一对或几对电子实现的。这种由共 用电子对所形成的化学键称为共价键。
一、共价键的本质
如果两个氢原子的电子自旋相同，随着核间距的减小， 两个原子核间电子出现的概率密度降低，增大了两个原子 核的排斥力，系统能量逐渐升高，而且比两个远离的氢原 子能量还高，不能形成氢分子。
图 10-2 两个氢原子相互接近时原子轨道重叠示意图
二、价键理论的基本要点 重点
价键理论的基本要点是： (1) 两个原子接近时，自旋相反的两个未成对电子可以配对 形成共价键。 (2) 一个原子含有几个未成对电子，通常就能与其它原子的 几个自旋相反的未成对电子配对形成共价键。一个原子所形成 的共价键的数目，受未成对电子数目的限制，这就是共价键的 饱和性。 (3) 成键的原子轨道重叠越多，两核间电子出现的概率密度 就越大，形成的共价键就越牢固。在可能的情况下，共价键总 是沿着原子轨道最大重叠的方向形成，这就是共价键的方向性。
两个原子形成共价单键时，原子轨道总是沿键轴方向 达到最大程度的重叠，所以单键都是σ键；形成共价双键 时，有一个σ键和一个π键；形成共价三键时，有一个σ键 和两个π键。
图 10-5 N2 中的共价三键示意图
四、配位共价键
按共用电子对提供的方式不同，共价键又可分为正常共 价键和配位共价键。
由一个原子单独提供共用电子对而形成的共价键称为配 位共价键。配位键用箭号“→” 表示，箭头方向由提供电 子对的原子指向接受电子对的原子。
分子空间构 型
实
例
2 直线形
2
0 AB2
直线形 HgCl2
3
3
平面正 三角形
2
0 AB3 1 AB2
平面 正三角形 BF3
V 形 PbCl2
价层电子 价层电子对 对数 排布
成键电子对 数
孤对电子数 分子类型 电子对的排布方式 分子空间构型
实例
4 4 四面体
3
0 AB4 1 AB3
正四面体 CH4 三角锥形 NH3
价层电子对数
2
3
4
5
6
电子对排布方式 直线形 平面三角形 四面体 三角双锥 八面体
一、价层电子对互斥理论基本要点
(3) 价层电子对之间的斥力与价层电子对的类型有关： 孤对电子-孤对电子＞ 孤对电子-成键电子对＞成键电子对 -成键电子对 (4) 中心原子若形成共价双键或共价三键，仍按共价单键 处理。但由于双键或三键中成键电子多，相应斥力也大:
离子的离子构型
(a) 中没有 90°的孤对电子-孤对电子的排斥作用，是最
稳定的构型。因此，
IF
2
的空间构型为直线形。
利用价层电子对互斥理论，可以预测大多数主族元素
的原子形成的共价分子或离子的空间构型。
二、价层电子对互斥理论练习
(1) 下列关于价电子对数目计算中正确的是( B ) A. 中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数 B. 配位原子中卤素原子、氢原子提供 1 个电子 C. 配位原子中氧原子和硫原子提供 2 个电子 D. 当氧原子和硫原子作中心原子时，按不提供价电子计算
二、价层电子对互斥理论应用实例
(一) CCl4 分子的空间构型
二、价层电子对互斥理论应用实例
(二)
ClO
3
离子的空间构型
二、价层电子对互斥理论应用实例
(三) PCl5 分子的空间构型
二、价层电子对互斥理论应用实例
(四)
IF
2
离子的离子构型
在
IF
2
中，中心原子共有
5
个价层电子对，价层电子对的