第二章化学键和分子结构1

第二章分子结构与性质第一节共价键共价键是指两个原子通过共用电子对来结合在一起的化学键。

在分子化合物中，共价键是最常见的键类型，它对于分子的结构和性质起着决定性的作用。

一、共价键的形成共价键的形成是由于原子之间存在着相互吸引力，这种相互吸引力是由于原子之间互相排斥的静电力降低而产生的。

具体来说，当两个原子靠近到一定距离时，它们的外层电子会发生重叠，从而形成一个电子对。

这个电子对同时属于两个原子，使得两个原子之间形成了一个共享电子对的区域，即共价键。

共价键的形成是一种动态的过程。

在共价键形成的过程中，原子的电子云发生了重新排布，电子从原子的一个轨道转移到另一个轨道，从而形成了共价键。

在共价键形成后，原子成为了一个整体，形成了一个稳定的分子结构。

二、共价键的性质共价键具有一些特殊的性质，这些性质决定了共价键的稳定性和键能。

1.共价键的稳定性共价键的稳定性取决于原子之间的相互作用力的强弱。

一般来说，原子的价电子数越多，形成共价键的能力越强。

也就是说，原子的电负性越大，形成的共价键越稳定。

此外，共价键的稳定性还受到原子之间的距离的影响。

在共价键中，原子之间的距离越近，共价键越稳定。

2.共价键的键能共价键的强度可以用键能来表示。

键能是指在断裂共价键时需要输入的能量的大小。

键能的大小取决于共享电子对的稳定性。

一般来说，共价键的键能越大，其共享电子对越稳定，键越难被断裂。

共价键的键能可以通过一定的实验方法（如光合成实验）来测定。

三、共价键的类型根据共享电子对的数目和电子云的排布形式，共价键可以分为单键、双键和三键。

1.单键单键是由两个原子共享一个电子对形成的。

单键的键能较低，容易被断裂。

常见的单键有C—C键、C—H键等。

单键也是化学反应中最常见的键类型。

2.双键双键是由两个原子共享两个电子对形成的。

双键的键能比单键高，比较稳定。

常见的双键有C=C键、O=O键等。

3.三键三键是由两个原子共享三个电子对形成的。

三键的键能最高，非常稳定。

第二章共价键理论和分子结构两个或多个原子之所以能结合在一起形成稳定的分子（或晶体），是因为原子之间存在着某种强烈的相互作用，即化学键。

因此，化学所关心的就是化学键。

典型的化学键可归纳为共价键、离子键和金属键等三种，广义的化学键还包括范德华力（Van der Waals）和氢键。

其中，较主要的是共价键，因绝大多数分子，尤其是种类繁多的有机分子都含有共价键。

研究共价键的理论主要有价键（Valence bond，即VB）理论和分子轨道（Molecular orbital，即MO）理论，两者都是在20世纪30年代通过量子力学对H2分子的近似处理方法发展起来，其中，价键理论很重视化学图像，而MO理论中的分子轨道更具普遍的数学形式，因此，两者各有所长，有些概念和理念已相互采用。

又因MO理论能解释价键理论不能解释的一些实验现象，且较易程序化，故随着计算机的发展，已成为当今研究化学键理论的主流方法。

本章着重讨论MO理论及其在分子结构中的应用。

§2.1 价键理论要点价键理论强调电子配对，其要点如下：（1）原子A和原子B各有一未成对电子，且自旋相反，则可配对形成共价键。

若A和B原子各有两个或三个未成对电子，则可两两配对形成共价双键和共价三键。

若A原子有两个未成对电子而B原子只有一个，则A原子和两个B原子形成AB2型分子。

（2）两个原子的未成对电子配对后，就不能和第三个原子的单电子配对，即共价键具有饱和性。

（3）两个原子间的电子云重叠越多，所形成的共价键越稳定，这就是电子云的最大重叠原理，表明共价键具有方向性。

尽管价键理论可解释共价键的饱和性和方向性，但还是有些实验现象不能自然地解释。

如O原子的基组态为1s22s22p4，有两个未成对电子，当O原子结合形成O2后，O2分子中应不再有未成对电子，但磁化率测定结果表明O2是顺磁性的，即其分子中有单电子存在。

又如，C 原子的基组态为1s 22s 22p 2，也有两个未成对电子，与O 原子应形成双键，但按照CO 分子的键长及键能数据与有机物中的C -O 单键和C=O 双键比较结果（见表1），CO 中C 与O 应该是以叁键相结合。

第2章化学键与分子结构第2章化学键与分子结构习题一、思考题1.什么叫共价键的饱和性和方向性？为什么共价键具有饱和性和方向性，而离子键无饱和性和方向性？2.举例说明什么是σ键，什么是π键？它们有哪些不同？3.价键理论和分子轨道理论的基本要点是什么？4.s、p原子轨道主要形成哪几种类型的杂化轨道？中心原子利用上述杂化轨道成键时，其分子构型如何？5.实验测定BF3为平面三角形，而[BF4]－为正四面体形。

试用杂化轨道的概念说明在BF3和[BF4]－中硼的杂化轨道类型有何不同？6.试用分子轨道表示式写出O2+的电子构型。

7.分子间力有几种？各种力产生的原因是什么？试举例说明极性分子之间、极性分子和非极性分子之间以及非极性分子之间的分子间力。

在大多数分子中以哪一种分子间力为主？8.何为极性分子和非极性分子？分子的极性与化学键的极性有何联系？9.分子间力的大小对物质的物理性质有何影响？10.什么叫做氢键？哪些分子间易形成氢键？形成氢键对物质的性质有哪些影响？11.氢键与化学键有何区别？与一般分子间力有何区别？12.下列各化合物中分子间有氢键的有哪几种？C2H6，NH3，C2H5OH，H3BO3，CH4。

13.写出下列物质的晶体类型：SO2，SiC，HF，KCl，MgO。

14.晶体有几种类型？确定晶体类型的主要因素是什么？各种类型晶体的性质有何不同？15.根据下列物质的性质，判断它们是属于何种类型的晶体。

（1）CaCO3晶体的硬度高，在1173K时尚未熔融就已分解。

（2）B的硬度极高，熔点为2573K，导电性很差。

（3）SnCl4熔点为240K，沸点为387K16.要使BaF2，F2，Ba，Si晶体熔融，需分别克服何种作用力？二、是非题（对的在括号内填“√”号，错的填“×”号）1.共价键的重叠类型有σ键π键两种。

（）2.NH3和BF3都是4原子分子，所以二者空间构型相同。

（）3.He2的分子轨道表示式为（σ1s)2（σ1s*)2。