共价键与分子间力

第十章共价键和分子间作用力本章教学要求掌握现代价键理论、杂化轨道理论熟悉共价键的本质、特征和类型，分子间作用力了解价层电子对互斥理论、分子轨道理论(chemical bond)。

化学键分为离子键(ionic bond)、共价键(covalent bond)和金属键(metallic bond)。

本章依据量子力学阐述共价键的现代理论，同时要介绍物质分子与分子之间比较弱的相互作用力，即分子间作用力(intermolecular force)，它包括范德华力(van der Waals force)和氢键(hydrogen bond)。

第一节现代价键理论1916年美国化学家路易斯(G.N. Lewis)*提出经典的共价键电子理论。

该理论认为两个或多个原子可以相互“共用”一对或多对电子，以便达到稀有气体原子最外层2或8电子层结构（路易斯结构），而生成稳定的分子。

例如：H·+ ·H →H∶H 或H－H分子中通过共用电子对连接的化学键称为共价键，也可用短横线表示。

该理论初步揭示了共价键与离子键的区别，能解释共价键的饱和性。

但不能解释一些分子的中心原子最外层电子数虽然少于或多于8仍能稳定存在的事实，如：也无法说明为什么共用互相排斥的两个带负电荷的电子能使原子成为稳定分子的本质原因。

直到量子力学建立以后，共价键的理论才开始发展。

一、氢分子的形成和共价键的本质* G.N. Lewis加州大学伯克利分校教授，Lewis提出共价键的电子理论对发展化学价理论奠定了基础；他还创造性地提出了酸碱电子理论。

他的研究生中先后有5人获得诺贝尔奖。

图氢分子是最简单的典型共价键分子。

1927年德国化学家海特勒（W. Heitler ）和伦敦（F. London ）把氢分子看成是两个核和两个电子组成的系统，用量子力学近似求解其薛定谔方程。

结果得到H 2分子形成的势能曲线，见图10-1。

当两个H 原子彼此远离时没有相互作用，它们的势能为零。

共价键与分子间作用力共价键和分子间作用力是化学中两个重要的概念，它们对物质的性质和行为起着决定性的作用。

本文将重点介绍共价键和分子间作用力的概念、类型、特点以及它们在化学反应和物质性质中的应用。

共价键是两个非金属原子间由电子对共享而形成的一种化学键。

在共价键中，原子不会失去或得到电子，而是共享电子，以满足各自的外层电子壳。

共价键的形成能力取决于原子的电负性差异。

电负性是一个原子吸引其共享电子的能力，与原子核的吸引力有关。

共价键分为偶极共价键和非极共价键两种类型。

偶极共价键是指共价键中的电子对更多地靠近一个原子，使其带有相对正电荷，另一个原子则带有相对负电荷。

非极共价键是指共价键两端的原子相对电荷均相等，电子对靠近两个原子中间。

具体来说，如果两个原子电负性相等，那么形成的是非极共价键；如果两个原子电负性差异较大，那么形成的是偶极共价键。

除了共价键，分子间作用力也是分子间相互作用的重要力量。

分子间作用力指的是靠近的两个分子之间的相互作用力。

它是由于分子间的静电相互作用、分子之间的取向相互作用和分子之间的诱导相互作用所导致的。

静电相互作用是一种非共价相互作用力，其中相互作用的分子带有正电荷或负电荷。

根据库仑定律，两个带电荷的物体之间的引力或斥力与它们之间的距离和电荷量成正比。

因此，静电相互作用力对于离子之间的相互作用是非常重要的。

取向相互作用是由于两个极性分子之间的分子极性导致的相互吸引。

极性分子的极性取决于分子中的原子电负性差异。

在这种情况下，正极和负极之间的相互作用力具有较大的分子之间作用力。

诱导相互作用是由于无极性分子中的电子云的瞬间分布的改变而引起的。

当一个原子或分子靠近另一个无极性原子或分子时，它的电子云会更集中地分布在远离相互作用区域的一侧。

这将导致另一个原子或分子的电子云在与之相对的另一侧更加分散。

因此，在周围电子云的引导下，两个无极性分子之间会发生诱导相互作用，由此产生相互作用力。

除了静电相互作用、取向相互作用和诱导相互作用外，范德华力也是一种分子间作用力。

第十章共价键与分子间力首页难题解析学生自测学生自测答案章后习题解答题难题解析[TOP]例10-1试用杂化轨道理论说明乙烯分子的形成及其构型。

分析根据杂化轨道理论，形成乙烯分子时，C原子的价层电子要杂化。

共价键形成时，σ键在成键两原子间能单独存在，且只存在一个； 键在成键两原子间不能单独存在，但可存在多个。

乙烯分子中C原子的4个价电子分别与其它原子形成三个σ键，C、C原子间的双键中有一个是π键。

三个σ键决定分子构型，因此C原子有三个原子轨道参与杂化，形成三个等性杂化轨道。

解乙烯分子C2H4中有2个C原子和4个H原子，每个基态C原子的价层电子组态为2s2 2p2，在形成乙烯分子的过程中，1个2s电子被激发到2p空轨道上，然后1个2s轨道和2个2p轨道杂化形成3个等同的sp2杂化轨道，彼此间夹角为120o。

每个C原子的2个sp2杂化轨道各与1个H原子的1s轨道重叠形成2个C—H σ键；2个C原子间各以1个sp2杂化轨道互相重叠，形成1个σ键。

由于2个C原子的这6个sp2杂化轨道处于同一平面，未参与杂化的2p z轨道则垂直于该平面，“肩并肩” 重叠形成1个π键，构成C＝C 双键。

乙烯分子中6个原子在一个平面上，分子呈平面构型。

例10-2 利用价层电子对互斥理论预测-I的空间构型。

3分析先确定中心原子的价电子对数，中心原子提供7个电子，配位提供1个电子，加上负离子的电荷数，得价层电子数的总和再除以2。

然后根据价层电子对构型和孤对电子决定-3I 的空间构型。

解 -3I 中有3个I 原子，我们可将其中1个I 作为中心原子，其余2个作为配位体。

中心原子I 有7个价电子，2个配位I 原子各提供1个电子，-3I 离子的负电荷数为1，所以中心原子的价电子对数为 (7+2+1)/2＝5 。

价层电子对构型为三角双锥，因配位原子数为2，说明价层电子对中有2对成键电子对和3对孤对电子，以3对孤对电子处在三角双锥的三角形平面上排斥能最小，所以-3I 为直线型。

第十一章共价键和分子间作用力习题解析1.现代价键理论的要点是什么？答：（1）两个原子接近时，只有自旋方向相反的单电子可以相互配对（两原子轨道重叠），使电子云密集于两核之间，系统能量降低，形成稳定的共价键。

（2）自旋方向相反的单电子配对形成共价键后，就不能再和其他原子中的单电子配对。

所以，每个原子所能形成共价键的数目，取决于该原子中的单电子数目。

这就是共价键的饱和性。

（3）成键时，两原子轨道重叠越多，两核间电子云越密集，形成的共价键越牢固，这称为原子轨道最大重叠原理。

原子轨道中，除s轨道呈球形对称外，p、d等轨道都有一定的空间取向，它们在成键时，只有沿着一定的方向靠近才能达到最大程度的重叠，形成稳定的共价键，这就是共价键的方向性。

2. 列表表示σ、π 键的区别。

答：3. 根据共用电子对是否偏移，共价键可以分为哪两类？答：根据共用电子对是否偏移共价键可分为极性共价键和非极性键共价键。

极性共价键是由于成键原子的电负性不同，共用的电子对偏向电负性较大的原子，使键的一端带部分负电荷δ-，而另一端带部分正电荷δ+，键的正、负电荷中心不重合形成的共价键。

非极性共价键是因为成键原子的电负性相同，成键电子对等量共享，键的正、负电荷中心重合的共价键。

4.共价键的极性及极性大小用什么来判断？共价分子的极性及极性大小用什么来量度？答：共价键的极性大小根据成键原子的电负性来判断，因为共用的电子对偏向电负性较大的原子，使键的一端带部分负电荷δ-，而另一端带部分正电荷δ+，故成键原子的电负性差别越大，共价键的极性越强。

双原子分子的极性与键的极性一致。

多原子分子的极性不仅与键的极性有关，也与分子构型有关，虽然是极性键，只要键型相同，分子构型对称，其分子中各个键的极性就能相互抵消，正、负电荷重心重合。

分子的极性可用电偶极矩(electric dipole moment)μ来衡量。

它是分子中正、负电荷中心的距离d 与正或负电荷中心上的电量q 的乘积，即μ= q·d ，单位为10-30 C·m 。

分子间作用力的四种形成方式分子间作用力是分子之间相互作用的力量，它是物质存在和物质性质产生的基础。

分子间作用力的形成方式有四种，分别是范德华力、氢键、离子键和共价键。

一、范德华力范德华力是分子间最常见的一种作用力，它是由于分子内部电子的运动导致的。

分子中的电子在空间中的运动会引起电荷分布的不均匀，从而形成一种瞬时的偶极矩。

这种偶极矩会与附近的分子偶极矩相互作用，产生吸引力，即范德华力。

范德华力的大小与分子的极性有关，极性越大，范德华力越强。

二、氢键氢键是指分子中氢原子与氧、氮、氟等高电负性原子之间的相互作用。

氢键的形成需要具备三个条件：①氢原子与较电负的原子之间的键能较强，如氢原子与氮原子之间的键能；②氢原子与较电负的原子之间的距离适当，一般在1.5-2.5埃之间；③氢键的形成需要在分子中存在较为稳定的空间构型。

氢键的强度介于共价键和离子键之间，它对物质的性质起到重要的影响。

三、离子键离子键是指由正离子和负离子之间的静电作用力形成的化学键。

在离子键中，正离子和负离子之间相互吸引，形成离子晶体的结构。

离子键的强度较大，使离子晶体具有高熔点、高硬度和良好的导电性等性质。

离子键的形成需要具备两个条件：①正离子和负离子之间的电荷差异较大；②正离子和负离子之间的距离较近。

四、共价键共价键是指由两个非金属原子共享电子而形成的化学键。

在共价键中，原子之间通过电子的共享而相互吸引。

共价键的强度较大，使得共价化合物具有较高的熔点和沸点。

共价键的形成需要满足两个条件：①原子之间的电负性差异较小；②原子之间的距离适当。

共价键的形成可以是单一共价键、双键或者三键，共价键的类型决定了化合物的性质。

分子间作用力的四种形成方式分别是范德华力、氢键、离子键和共价键。

这些作用力对物质的结构和性质具有重要的影响，深入了解分子间作用力的形成方式有助于我们更好地理解物质的性质和相互作用。

第2课时共价键分子间作用力一、共价键与共价化合物1．共价键的形成过程(1)氯分子的形成过程两个氯原子各提供一个电子→两个氯原子间形成共用电子对→两个氯原子均达到8e－稳定结构→形成稳定的氯气分子请你根据上述图示，用电子式表示其形成过程：。

(2)下图形象地表示了氯化氢分子的形成过程请你用电子式表示HCl的形成过程：。

2．共价键(1)概念：原子间通过共用电子对所形成的强烈的相互作用。

(2)成键三要素：①成键微粒：原子。

②成键元素：一般是同种的或不同种的非金属元素。

③成键条件：成键前原子最外层电子未达到饱和状态。

(3)分类3．共价化合物(1)概念：以共用电子对形成分子的化合物。

(2)四种常见的共价化合物①非金属氢化物：如NH3、H2S、H2O等。

②非金属氧化物：如CO、CO2、SO2等。

③酸：如H2SO4、HNO3等。

④大多数有机化合物：如CH4、CH3CH2OH等。

4．共价分子的电子式与结构式(1)常见分子的电子式和结构式(2)用电子式表示共价分子的形成过程①H2：H·＋·H―→H∶H。

②NH3：。

③CO2：。

(1)含有共价键的分子不一定是共价化合物。

例如H2、O2等单质。

(2)含有共价键的化合物不一定是共价化合物。

例如NaOH、Na2O2。

(3)离子化合物中可能含有共价键，共价化合物中一定不含离子键，只有共价键。

例1下列叙述中，不正确的是()A．含有共价键的物质一定是共价化合物B．H2O2中既含有极性键又含有非极性键C．CaO和NaCl晶体熔化时均要破坏离子键D．H2SO4熔融态不导电考点共价键与共价化合物题点共价键与共价化合物的关系与应用答案 A解析部分非金属单质如O2、N2中含有共价键，但不属于化合物；某些离子化合物如NaOH 中既含有离子键又含有共价键。

例2下列分子的电子式书写正确的是()A．氨气B．四氯化碳C．氮气D．二氧化碳考点共价键与共价化合物题点典型物质的电子式的书写与判断答案 C二、化学键与分子间作用力1．化学键(1)化学键概念：使离子相结合或原子相结合的作用力。

共价键离子键和分子间作用力是共价键、离子键和分子间作用力是化学中常见的键和相互作用力。

它们在物质的性质和化学反应中起着重要的作用。

共价键是由共享电子对形成的键。

在共价键中，两个原子通过共享外层电子来实现稳定。

共价键可以分为极性共价键和非极性共价键。

极性共价键是指共享电子对在空间中不均匀分布，使得分子具有极性。

非极性共价键是指共享电子对在空间中均匀分布，使得分子不具有极性。

共价键的形成需要原子之间具有相互吸引的作用力，如共价键的强度和稳定性与原子核的电荷量、电子云的形状和大小等因素有关。

离子键是由正离子和负离子之间的静电吸引力形成的键。

在离子键中，正离子失去一个或多个电子，形成正电荷，而负离子获得一个或多个电子，形成负电荷。

离子键的形成需要原子之间电荷的相互吸引，形成离子晶体。

离子键通常具有高熔点和良好的导电性。

分子间作用力是分子之间的相互作用力。

分子间作用力的种类很多，常见的有范德华力、氢键和离子-离子相互作用。

范德华力是非极性分子间的相互作用力，它是由于电子在分子中的运动而引起的瞬时偶极矩形成的吸引力。

氢键是极性分子间的相互作用力，它是由于氢原子与带有电负性的原子之间的相互作用而形成的。

离子-离子相互作用是带电离子之间的相互作用力，它是由于正离子和负离子之间的静电吸引力形成的。

共价键、离子键和分子间作用力在物质的性质和化学反应中起着重要的作用。

共价键决定了分子的结构、形状和化学性质。

不同的共价键类型会影响分子的极性和化学反应的进行。

离子键决定了离子晶体的结构和性质。

离子晶体通常具有高熔点和良好的导电性。

分子间作用力影响了物质的相态和物理性质。

范德华力决定了物质的挥发性和溶解性。

氢键影响了液体的沸点和溶解性。

离子-离子相互作用决定了离子晶体的稳定性和溶解性。

共价键、离子键和分子间作用力是化学中常见的键和相互作用力。

它们在物质的性质和化学反应中起着重要的作用。

了解和理解这些键和相互作用力的性质和特点，对于深入理解化学现象和探索新的物质具有重要意义。

分子间作用力大小排序
分子间作用力是指分子与分子之间的相互作用。

这些相互作用可以影
响物质的物理性质，包括熔点、沸点、溶解度和粘度等。

按照作用力
的大小排序，可以将分子间作用力分为以下几种类型：
1.离子键：在离子化合物中，正负离子之间的电荷相互吸引形成离子键。

离子键是所有分子间作用力中最强的一种。

2.共价键：具有共价键的分子中，分子中原子之间通过共享电子形成化学键。

共价键的作用力比离子键大一些。

3.氢键：氢键是分子间的非共价键，它是分子间电性不均引起的一种相互吸引作用力。

氢键的作用力比共价键小一些。

4.范德华力：范德华力是分子间的非共价键，是通过电子云的变化引起的瞬时偶极子相互吸引力。

范德华力是所有分子间作用力中最弱的一种。

总之，分子间作用力的大小与分子的化学结构密切相关。

理解分子间
作用力的本质有助于我们更好地理解物质的性质和行为。

共价键的极性与分子间力共价键是指两个原子之间通过共享电子而形成的化学键。

在共价键中，原子会共享一对或多对电子，以满足各自的原子轨道。

这种共享电子的方式使得原子之间形成了一种相对稳定的结合，从而形成分子。

在共价键中，电子的共享并不总是均匀的。

有些原子会对电子的吸引力更强，从而使得共享电子更倾向于靠近这些原子。

这种不均匀的电子分布导致了共价键的极性。

极性共价键是指共价键中，电子的分布不均匀，存在电子云的偏移。

这种偏移导致了正负电荷的形成，从而使得分子具有极性。

极性共价键可以分为两种情况：极性共价键和非极性共价键。

极性共价键中，电子云的偏移使得一个原子部分带正电荷，另一个原子部分带负电荷。

这种电荷分布会导致分子之间的相互作用发生改变，从而影响分子的性质。

例如，极性共价键可以导致分子在溶液中的溶解度增加，因为极性分子可以与溶剂中的极性分子相互作用。

非极性共价键中，电子云的偏移并不明显，两个原子之间的电荷分布相对均匀。

这种情况下，分子之间的相互作用主要通过范德华力来实现。

范德华力是一种分子间力，它是由于分子中电子的瞬时偏移而产生的吸引力。

虽然范德华力比较弱，但在大量分子的作用下，仍然可以对分子的性质产生重要影响。

除了极性共价键和非极性共价键外，还有一种特殊情况，即离子键。

离子键是指由正负电荷之间的电荷吸引力形成的化学键。

在离子键中，电子的转移导致了正负离子的形成，从而使得分子具有电荷。

由于电荷的存在，离子键通常具有较高的熔点和沸点。

总的来说，共价键的极性与分子间力密切相关。

极性共价键通过电子云的偏移导致分子具有极性，从而影响分子的性质。

非极性共价键通过范德华力实现分子之间的相互作用，对分子的性质也有一定的影响。

离子键则是由电荷吸引力形成的化学键，具有较高的熔点和沸点。

这些不同类型的共价键和分子间力共同作用，决定了化学物质的性质和行为。

共价键与分子间作用力共价键是指两个或多个原子之间通过电子的共享形成的化学键。

在共价键中，原子之间的电子云被共享，从而使得原子相互连接成分子。

共价键是化学中最常见的键类型，几乎所有有机化合物和许多无机化合物都是通过共价键连接的。

共价键的形成涉及到原子之间电子的重新分布。

每个原子都希望填满其最外层的电子壳，以达到稳定的电子构型。

当两个原子之间有相似的电子云互相重叠时，它们可以形成一个共享电子对，从而形成共价键。

共享的电子对在空间上固定在两个原子之间，维持着原子之间的吸引力，将它们保持在一起价键的强度取决于多种因素，包子云的重叠程度、原子核的电荷、原子间的距离等。

电子云的重叠程度越大价键越强。

原子核的电荷越大，它对电子的吸引力越强，也会增强共价键的强度。

原子间的距离越近，共价键也越强。

共价键的强度可以通过键长和键能来描述。

其中最常见的分子间作用力是范德华力。

范德华力是由于电子运动引起的瞬态偶极子之间的吸引力。

即使是非极性分子也会通过范德华力相互作用。

范德华力是一种短程力，随着分子之间的距离的增大而快速减弱。

另一种分子间作用力是氢键。

氢键的形成涉及到含有氢原子的一个分子与另一个带有电负性原子的分子之间的相互作用。

氢键通常涉及氢原子与氧、氮或氟原子之间的作用。

氢键较强，比范德华力更强，可以在确定分子的性质和结构中起重要的作用。

还有其他一些分子间作用力，如离子-离子相互作用、离子-极性分子相互作用、静电力等。

这些作用力也可以在确定分子的性质和行为方面发挥重要的作用。

总之，共价键是通过电子的共享连接原子的化学键。

它是化学中最常见的键类型，并决定了分子的结构和性质。

然而，分子间作用力也是分子行为中至关重要的因素，可以通过范德华力、氢键、离子-离子相互作用等力来描述。

共价键与分子间作用力共同影响着分子的性质和行为。

化学键与分子间作用力知识总结化学键和分子间力是分子之间相互作用的力。

它们在化学反应、分子结构和物质特性中起着关键的作用。

本文将对化学键和分子间作用力的知识进行总结。

一、化学键1.共价键：共价键是两个原子通过共享电子对形成的化学键。

共价键的强度取决于两个原子之间的电子云重叠程度。

根据电子云重叠的程度不同，可以将共价键分为单键、双键和三键。

共价键的特点是强度大、键长短稳定。

2.离子键：离子键是由正负电荷之间的静电相互作用形成的化学键。

它通常发生在一个原子失去一个或多个电子，而另一个原子获得这些电子的情况下。

离子键的特点是极性强、熔点高。

3.金属键：金属键是由于金属原子通过自由电子形成的化学键。

金属原子通过释放外层电子形成一个电子海，使得金属原子之间形成了一种类似于离子键的电子云。

金属键的特点是导电性好、延展性强。

4.配位键：配位键是指由一个配体通过与中心金属离子上的空轨道配对形成的化学键。

配位键的特点是形成比较稳定的化合物，常见于过渡金属化合物。

二、分子间作用力1.范德华力：范德华力是分子间由于电子云的不规则运动而产生的瞬时极化。

这种极化会导致分子产生瞬时的偶极矩，进而产生范德华力。

范德华力的强度取决于分子极性、电子云的体积和形状。

范德华力的特点是弱而短程。

2.氢键：氢键是一种分子间的特殊化学键。

它是由一个带有氢原子的电负原子和一个接受氢原子的电正原子构成的。

氢键的强度比普通的范德华力强，但比共价键弱。

氢键的特点是方向性强，在生物分子中起着重要的作用。

3.离子-离子相互作用：离子-离子相互作用是由于正负电荷之间的吸引力而形成的作用力。

它是离子键的基础，因为正负电荷之间的相互作用可以使离子形成一个晶体结构。

4.疏水作用：疏水作用是一种分子间相互作用力，它使非极性分子聚集在一起，远离极性溶剂。

疏水作用的强度取决于分子的疏水性和溶剂的极性。

疏水作用在蛋白质折叠和脂质的形成中起着重要的作用。

5.π-π堆积作用：π-π堆积是由于共线的π键电子云之间的相互作用而产生的力。

化学键和分子间作用力的变化化学键是构成物质的基本单元，它们决定了分子的结构、性质和反应特点。

化学键的形成源于原子之间的相互作用，通过电子的转移或共享，原子可以形成牢固的化学键，从而结合成稳定的分子。

化学键的类型主要包括共价键、离子键、金属键和配位键等，不同类型的化学键具有不同的特点和强度。

共价键是最常见的一种化学键，它是通过原子之间共享电子对形成的。

当两个原子的电负性相近时，它们倾向于通过共享电子对的方式来达到稳定的电子排布，形成共价键。

共价键可以是单键、双键或三键，键的强度随着共享电子对数目的增加而增强。

共价键的方向性很强，对分子的构型有着决定性的影响。

离子键是通过金属原子失去电子和非金属原子得到电子而形成的化学键。

当金属原子和非金属原子的电负性差异较大时，电子会从金属原子完全转移到非金属原子上，形成带正电荷的金属阳离子和带负电荷的非金属阴离子。

这些离子通过静电引力结合在一起，形成离子化合物。

离子键没有方向性，离子化合物通常呈现出高熔点、高沸点和良好的导电性等特点。

金属键是金属原子之间形成的化学键，它是金属材料独特的键合方式。

在金属晶体中，原子核周围的价电子可以自由移动，形成所谓的"电子海"。

这些自由电子通过静电引力与原子核结合，使金属原子紧密堆积在一起。

金属键赋予了金属材料良好的导电性、导热性和延展性等特性。

配位键是一种特殊的共价键，通常出现在配合物中。

在配位键中，电子对由一个原子独自提供，而另一个原子则接受这个电子对。

提供电子对的原子称为配体，接受电子对的原子称为中心原子。

配位键的形成使得配合物具有独特的几何构型和化学性质。

除了化学键外，分子间作用力也在物质的性质和行为中发挥着重要作用。

分子间作用力是指分子之间的引力和斥力，虽然它们比化学键弱得多，但对物质的聚集状态、溶解性和反应性等有着显著的影响。

常见的分子间作用力包括范德华力、氢键和偶极-偶极相互作用等。

范德华力是所有分子之间都存在的一种弱引力，它源于分子中电子云的瞬时偏移而产生的瞬时偶极矩。