第6章化学键与分子结构(讲授4学时)
Chapter 6 Chemical bond & molecular structure
本章教学内容：
离子键与离子化合物。
共价键与分子结构。
价键理论。
杂化轨道与分子空间构型。
分子间力和氢键。
分子的极性，电偶极矩。
本章教学要求：
(1)了解共价键的价键理论的基本要点以及共价键的特征、共价键的类型。
(2)能联系杂化轨道理论(s-p型)说明一些典型分子的空间构型。
(3)了解分子电偶极矩的概念，能判断分子的极性。
(4)明确分子间力(以及氢键)的本质及特性。
本章教学重点：
共价键的形成，价键理论，共价键的特征、类型；
a)H
2
b)杂化轨道理论及分子的空间构型
本章习题：P1609,10,11,13,14
6.1 离子键与离子的结构(Ionic bond and structure of ion)
6.1.1离子键的形成
NaCl分子
Na (X=1.01) 1s2 2s22p63s1 Na+1s2 2s22p6
11
Cl (X=3.16) 1s2 2s22p63s23p5 Cl-1s2 2s22p63s23p6 17
离子键——正负离子间通过静电作用力而形成的化学键。
6.1.2离子键的特征
●离子键的本质是静电作用力，只有电负性相差较大的元素之间才能形成离
子键。
●离子键无方向性，无饱和性。
●离子键是极性键。
电子失去的顺序:np-ns-(n-1)d-(n-2)f
用n+0.4l做判据,其数值越大，越易失去电子。
6.1.3各种简单离子构型(负离子anion一般仅有外层8电子结构,正离子cation有外层多种结构)
6.2共价键与分子结构(covalence bond &molecular structure)
6.2.1价键理论(valence bond theory)
（1）共价键形成的本质
1）氢分子共价键的形成
1927年，Heitler and London将量子力学成果应用于H
分子结构的研究,
2
使共价键的本质得到初步解决。
他们的结果认为:当两个氢原子相互靠近，且它们的1s电子处于自旋状态反平行时,两个电子才能配对成键;当两个氢原子的
1s 电子处于自旋状态平行时,两电子不能配对成键。
ψA ——两个1s 电子自旋平行（推斥态） ψS ——两个1s 电子自旋反向（基态）
2）共价键的本质——原子间由于成键电子原子轨道重叠而形成的化学键。
3）价键理论基本要点
● 具有自旋反向的未成对电子的原子接近时，可因原子轨道的重叠而形成共
价键 ——电子配对原理
● 一个电子与另一个自旋反向的电子配对成键后，不能再与第三个电子配对
成键
● 原子轨道重叠程度越大，共价键越牢固——原子轨道最大重叠原理 （2）共价键的特征
● 饱和性——一个电子与另一个自旋反向的电子配对后，不能再与第三个电
子配对成键
共价键的饱和性是和离子键相比较而言，离子化合物中正负离子都为S 2P 6结构，其电荷分布呈球形对称，所以，它们可以从各个方向相互接触，并且尽可能地和异性离子相接触（配位），配位数的多少决定于正负离子的大小。
●方向性——沿轨道的伸展方向重叠，同号重叠。
由于电子运动状态在空间分布是有一定取向的，原子轨道的重叠也是
有一定取向的.如N原子有3个未成对电子, 其取向分别为p
x , p
y
, p
z。
N2
分子中的三对电子并不在同一个平面上，而是在X，Y，Z三个互相垂直的方向。
这就是所谓的共价键的方向性。
↑↓↑↓↑↓例N27N：1s22s22p3 ↑↓2p x2p y2p z
↑↓2s
1s
H2S 16S：3s23p4
↑↓↑↓↑↓
↑↓3p x3p y3p z
3s
●共价键的极性
极性共价键——成键原子的电负性不同HCl H2O 共价键
非极性共价键——成键原子的电负性相同H2Cl2（3）共价键类型
ο键:头碰头(end-on manner)
π键:肩并肩(sideways manner)
（4）共价键参数
共价键的键能
定义：在298K和100kp a条件下，气态分子断开1mol化学键所需的能量。
●键能是一个平均值
例H2O：O-H的键能H2O(g) = H (g) + OH (g) E = 502kj·mol-1
OH(g) = H（g）+ O (g) E = 426kj·mol-1 O-H：E = 465kj·mol-1
●应用键能可以估算化学反应的能量变化
6.2.2杂化轨道(hybridization orbital)与分子的空间构型
价键理论成功地解释了许多共价键分子的形成，阐明了共价键的本质及特征。
但在解释许多分子的空间结构方面遇到了困难。
Pauling and Slater从电子具有波动性，电子波可以叠加的观点出发提出了杂化轨道理论，进一步发展了价键理论。
（1）杂化轨道理论基本要点：
在共价键的形成过程中，同一原子中能量相近的若干不同类型的原子轨道可以”混合”起来，重新组合形成一组成键能力更强的新的原子轨道。
过程称为原子轨道的杂化。
所组成的新的原子轨道称为杂化轨道.
注意：杂化过程中;
1）能量相近的轨道杂化；
2）杂化后轨道数目不变;
3）杂化发生在分子形成过程中，单个原子不发生杂化。
·s-p杂化的几种类型
1）p3杂化,
2）p2杂化
3）sp杂化
4）不等性sp3杂化
6.4分子间力和氢键(Intermolecular force & hydrogen bond)
分子间力本质是静电力.
6.4.1分子的极性(Molecular polarity)
分子正负电荷中心
极性分子中，由于原子的电负性的差异，分子中的正负电荷中心分别形成
正负两极。
分子偶极矩(dipole moment):偶极长度和偶极上电荷的乘积.
,正负)
分子极性的实质是电子云在空间分布不对称,键的极性是分子产生极性的内因。
极性分子P>0,非极性分子p=0
6.4.2 分子间力
·色散力：非极性分子瞬间产生的偶极称为瞬时偶极(instantaneous dipole moment), 瞬时偶极产生的作用力称为色散力.
·诱导力(inductive force)：非极性分子受极性分子电场的作用，原来重合的正负电荷中心分离开来，产生诱导偶极.诱导偶极与极性分子固有偶极间的作用力叫诱导力.另一方面,诱导偶极又反作用于极性分子，使其偶极长度增加，进一步增强了相互吸引力.极性分子之间由于变形而产生诱导偶极，使分子极性增加，使分子之间的相互作用力也进一步增强。
·取向力：当极性分子相互靠近时,它们的固有偶极相互作用,两个分子在空间按照异极相邻的状态取向.由于固有偶极的取向而引起的分子间作用力叫取向力.(dipole-dipole forces)
·分子间力无饱和性、方向性；分子间力强度比化学键强度小1—2个数量级。
·大多数分子间力以色散力为主,且随摩尔质量的增大而增强；只有极性很强的分子才以取向力为主。
6.4.3 氢键(hydrogen bond)
·氢键：由氢原子参与成键的特殊形式的分子间作用力。
氢原子与电负性较大的X原子以极性共价键相结合时,还能吸引另一个电负性较大，而半径又较小的Y原子(X原子可以与Y原子相同)的孤对电子所形成的分子间或分子内的键.
氢键的形成H2O O的电负性= 3.5
H的电负性= 2.1
氢键表示为X—H…Y
例F—H…F N—H…O
·特点：(1)大于分子间力，小于化学键
(2)有饱和性和方向性。
分子间力的应用：相似相溶原理; 能形成氢键的，一般也易于相互溶解(如乙醇溶于水).
·本章学习要点：
(5)了解共价键的价键理论的基本要点以及键长,键角和键能的概念。
了解分子
电偶极矩的概念及其应用于区分极性分子和非极性分子。
能联系杂化轨道理论(s-p型)说明一些典型分子的空间构型。
(6)在明确化学键,分子间力(以及氢键)的本质及特性的基础上，了解晶体结构
及其对物质性质的影响
作业P128
10,13,14
思考题:。