共价键理论
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一、共价键理论1.1、价键理论价键的形成是原子轨道的重叠或电子配对的结果,如果两个原子都有未成键电子,并且自旋方向相反,就能配对形成共价键。
例如:碳原子可与四个氢原子形成四个C—H键而生成甲烷。
HH..*.C4HHH*HHC+**.*HH由一对电子形成的共价键叫做单键,用一条短直线表示,如果两个原子各用两个或三个未成键电子构成的共价键,则构成的共价键为双键或三键CCCC双键三键共价键形成的基本要点:(1)成键电子自旋方向必需相反;(2)共价键的饱和性;(3)共价键的方向性——成键时,两个电子的原子的轨道发生重叠,而P电子的原子轨道具有一定的空间取向,只有当它从某一方向互相接近时才能使原子轨道得到最大的重叠,生成的分子的能量得到最大程度的降低,才能形成稳定的反之。
重叠最大H稳定结合Cl(1)H重叠较小 + 不稳定结合Cl (2)H(1s)Cl(2p)H不能结合(3)ClS 和P电子原子轨道的三种重叠情况1.2、分子轨道理论分子轨道理论是1932年提出了来的,它是从分子的整体出发去研究分子中每一个电子的运动壮态,认为形成的化学键的电子是在整个分子中运动的。
通过薛定谔方程的解,可以求出描述分子中的电子运动状态的波函数ψ,ψ称为分子轨道,每一个分子轨道ψ有一个相应的能量E, E近似的表示在这个轨道上的电子的电离能。
基本观点:(1)当任何数目的原子轨道重叠时,就可形成同样数目的分子轨道。
例如:两个原子轨道可以线性的组合成两个分子轨道,其中一个比原来的原子轨道的能量低,叫成键轨道(由符号相同的两个原子轨道的波函数相加而成),另一个是由符号不同的两个原子轨道的波函数相减而成,其能量比两个原子轨道的能量高,这中种分子轨道叫做反键轨道。
-=ψ(反键轨道)ψψ2ψA 2B能ψψ(原子轨道) AB量+=ψ1ψψ(成键轨道)1ψBA分子轨道能级图(2)和原子轨道一样,每一个分子轨道只能容纳两个自旋相反的电子,电子总是优先进入能量低的分子轨道,在依次进入能量较高的轨道。
什么是共价键理论
共价键理论是一种描述化学键的理论,主要内容如下:
1. 共价键的本质是电性的,共价键的结合力是两个原子核外共用电子对形成负电区域的吸引力,而不是正、负离子的之间的库伦作用力。
2. 如果A、B两个原子各有一个未成对的电子,若两个单电子所在轨道对称性一致则可以互相重叠,电子以自旋相反的方式成对,两原子形成共价单键,体系的能量降低。
3. 共用电子对也可由其中一个原子提供,称为共价配键。
4. 共价键具有方向性和饱和性。
方向性成因是原子轨道分布具有方向性,饱和性成因是原子价层的单电子数有限。
5. 共价键的特征可以用键能、键长、键角等几个物理量来描述,键角决定几何构型。
以上是共价键理论的主要内容,此理论主要解决H2分子成键实质的问题。
如需了解更多信息,建议查阅化学领域相关书籍文献或咨询化学领域专业人士。
共价键理论(1)共价键两种常见的化学键:离子键——电子得失共价键——共用电子对原子的电子配对成键,形成稳定的8电子构型。
4 H + CH C H HH H C H HH路易斯式凯库勒式共价键理论(VB,valence bond theory)杂化轨道理论(hybrid orbital theory)价键理论原子轨道重叠共价键的形成定域性:自旋反平行的两个电子绕核做高速运动,属于成键原子共有。
电子对在两核之间出现的几率最大。
方向性:相连原子轨道重叠成键要满足最大重叠条件。
饱和性:一个电子和另一个电子配对以后,就不能和其他电子配对,原子中的成单电子数决定成键总数。
杂化轨道理论1931年,鲍林(Pauling L)提出轨道杂化理论。
碳原子化合价应该为2,最外层电子排布碳原子的电子排布实际上CH 4中碳原子为4价?1.碳原子的杂化6杂化:成键原子的几种能量相近的原子轨道混合起来,重新组合成一组新轨道的过程。
所形成的新轨道称为杂化轨道。
2p x 2p y 2p z2s基态2p x 2p y 2p z2s激发态激发s p 3杂化杂化轨道理论(2)孤立的原子不发生杂化,只有形成分子的过程中才发生。
(3)条件不同,杂化轨道类型可能不同。
(4)碳原子的杂化:sp3 sp2sp7杂化的三种类型sp 杂化——1个s 轨道+1个p 轨道,生成2个sp 杂化轨道。
sp 2杂化——1个s 轨道+2个p 轨道,生成3个sp 2杂化轨道。
sp 3杂化——1个s 轨道+3个p 轨道,生成4个sp 3杂化轨道。
杂化轨道的空间结构正四面体形轨道夹角109.50甲烷分子89杂化轨道理论SP 3杂化杂化的三种类型sp 杂化——1个s 轨道+1个p 轨道,生成2个sp 杂化轨道。
sp 2杂化——1个s 轨道+2个p 轨道,生成3个sp 2杂化轨道。
sp 3杂化——1个s 轨道+3个p 轨道,生成4个sp 3杂化轨道。
杂化轨道的空间结构平面三角形轨道夹角1200正四面体形轨道夹角109.50甲烷分子1011杂化轨道理论SP 2杂化杂化的三种类型sp 杂化——1个s 轨道+1个p 轨道,生成2个sp 杂化轨道。
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化学键的本质问题,并将对H2 的处理结果推广到其它分子中,形成了以量子力学为基础的共价键理论(V. B. 法)。
1共价键理论2共价键的形成A、B 两原子各有一个成单电子,当A、B 相互接近时,两电子以自旋相反的方式结成电子对,即两个电子所在的原子轨道能相互重叠,则体系能量降低,形成化学键,亦即一对电子则形成一个共价键。
形成的共价键越多,则体系能量越低,形成的分子越稳定。
因此,各原子中的未成对电子尽可能多地形成共价键。
配位键形成条件:一种原子中有孤对电子,而另一原子中有可与孤对电子所在轨道相互重叠的空轨道。
在配位化合物中,经常见到配位键。
、3共价键的特征——饱和性、方向性饱和性:几个未成对电子(包括原有的和激发而生成的),最多形成几个共价键。
例如:O 有两个单电子,H有一个单电子,所以结合成水分子,只能形成2个共价键;C最多能与H 形成4个共价键。
方向性:各原子轨道在空间分布是固定的,为了满足轨道的最大重叠,原子间成共价键时,当然要具有方向性。
1940年Sidgwick 提出价层电子对互斥理论,用以判断分子的几何构型. 分子ABn 中,A 为中心,B 为配体,B均与A有键联关系. 本节讨论的ABn 型分子中,A为主族元素的原子.4理论要点ABn 型分子的几何构型取决于中心 A 的价层中电子对的排斥作用. 分子的构型总是采取电子对排斥力平衡的形式.1)中心价层电子对总数和对数a)中心原子价层电子总数等于中心A 的价电子数(s + p)加上配体在成键过程中提供的电子数,如CCl4 4 + 1×4 = 8b)氧族元素的氧族做中心时:价电子数为6,如H2O,H2S;做配体时:提供电子数为0,如在CO2中.c)处理离子体系时,要加减离子价d)总数除以2 ,得电子对数:总数为奇数时,对数进1,例如:总数为9,对数为5 2)电子对和电子对空间构型的关系电子对相互排斥,在空间达到平衡取向. 3)分子的几何构型与电子对构型的关系若配体数和电子对数相一致,各电子对均为成键电对,则分子构型和电子对构型一致。
第六讲 共价键理论一、经典共价键理论− Lewis Structure (八电子规则)1916年,美国化学家路易斯(G.N.Lewis )提出:分子中每个原子应具有稳定的稀有气体原子的电子层结构。
这种稳定结构通过原子间共用一对或若干对电子来实现。
这种分子中原子间通过共用电子对结合而成的化学键称为共价键。
1.基本思想:当n s 、n p 原子轨道充满电子,成为八电子构型,该电子构型稳定,所以在共价分子中,每个原子都希望成为八电子构型(H 原子为2电子构型)。
2.共价分子中成键数和孤电子对数的计算:计算步骤:a .令n o − 共价分子中,所有原子形成八电子构型(H 为2电子构型)所需要的电子总数b .令n v − 共价分子中,所有原子的价电子数总和阴离子的价电子总数:各原子的价电子数之和加负电荷数 阳离子的价电子总数:各原子的价电子数之和减正电荷数 c .令n s − 共价分子中,所有原子之间共用电子总数n s = n o - n v ,n s /2 = (n o - n v ) / 2 = 成键电子对数(成键数) d .令n l − 共价分子中,存在的孤电子数。
(或称未成键电子数) n l = n v - n s ,n l /2 = (n v - n s )/2 = 孤对电子对数例如:P 4S 3、HN 3、N +5、H 2CN 2(重氮甲烷)、NO -33.Lewis 结构式的书写 例如:P 4S 3HN 3HN N N H N N HNNNN 5+,,,NN N NN N N N N N N N NNN N N NCH 2N 2(重氮甲烷) ,HCHNN HCH NN(有时,孤对电子省略不写。
)练习:下列各Lewis 结构式中,能正确表示出NO 3-离子的Lewis 结构式是A. N O OOB. NO OOC. NO O OD. NO OO当Lewis 结构式不只一种形式时,如何来判断这些Lewis 结构式的稳定性呢?4.Lewis 结构式稳定性的判据 −− 形式电荷Q F (1) Q F 的由来: 以CO 为例n o = 2 ⨯ 8 = 16 n v = 4 + 6 =10 n s / 2 = (16 - 10) / 2 = 3 n l / 2 = (10 - 6) / 2 = 2为了形成三对平等的共价键,可以看作O 原子上的一个价电子转移给C 原子,即:,所以氧原子的Q F 为+1,碳原子的Q F 为-1。