1、共 价 键 理 论,Copyright 2010 Zhangke,一、路易斯结构式,1916年,美国的 Lewis 提出共价键理论. 认为同种原子间以及电负性接近的原子之间可以通过共用电子对形成分子，通过共用电子对形成的化学键称为共价键（covalent bond），形成的分子称为共价分子。在分子中，每个原子应具有稳定的稀有气体原子的8电子外层电子构型（He为2电子），习惯上成为“八隅体规则” (Octet Rule)。而要达到这种结构，并非通过电子转移形成离子键来完成, 而是通过共用电子对来实现。,一、路易斯结构式,H2O,CH3COOH,NH3,N2,一、路易斯结构式,写出HNO3、CO3
2、2和SO42的路易斯结构式:,二、共价键的形成,氢原子稳定还是氢气分子稳定？ 氢原子形成氢气分子是放热还是吸热？ H + H H2 + 436 kJ 形成氢气分子后，有什么不同结论：形成共价化学键有利于降低体系能量,两个氢原子悄悄地靠近共价键的定义：通过电子云（原子轨道）的重叠（共用电子对）形成的化学键 共价键的本质：电性作用。原子核对重叠负电区域的吸引，使成键两原子相互接近。,二、共价键的形成,二、共价键的形成,1形成共用电子对的两个电子必须自旋相反为什么He元素无法和氢形成共价键？ 2必须形成共用电子对 形成共价键时必须先有单电子, ,1s1,1.饱和性 形成共价键有最大成键数 最大成键数
3、取决于最外层电子数2.方向性 电子云的最大重叠原理 重叠越多，原子核对重叠负电区域吸引越大,二、共价键的形成,HCl,二、共价键的形成,2.方向性,二、共价键的形成,2.方向性,H2S,二、共价键的形成,键：原子轨道以“头碰头”的形式重叠所形成的键,HF的生成,二、共价键的形成,键：原子轨道以“头碰头”的形式重叠所形成的键,x x,二、共价键的形成,键：原子轨道以“头碰头”的形式重叠所形成的键 举例说明下面三种键,二、共价键的形成,键：原子轨道以“肩并肩”的形式重叠形成的键,从原子轨道重叠程度来看， p键轨道较s键重叠程度小， 键能小于后者， 所以键的稳定性低于键,二、共价键的形成,N2价键结
4、构式,路易斯结构式:NN:,化学键示意图,三、价层电子对互斥理论,H2O,H2S,CO32-,SO32-,三、价层电子对互斥理论,吉列斯比(R.J.Gillespie)和尼霍尔姆(Nyholm)在20世纪50年代提出了一种简单的模型用来判断某一个分子或离子的立体结构，定名为价层电子对互斥模型，简称VSEPR模型(Valence Shell Electron Pair Repulsion的缩写)。,三、价层电子对互斥理论,要点：在AXm型分子中，分子的立体构型是价层电子对相互排斥的结果，价层电子对指包括成键电子对和未成键的孤对电子对，分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种结构。,三、价层
5、电子对互斥理论,1. 通式AXnEm表示所有只含一个中心原子的分子或离子组成，A：中心原子，X：配位原子(端位原子)，下标n：配位原子的个数，E：中心原子上的孤对电子对，m：孤电子对数。2. AXnEm中(n + m)的数目称为价层电子对数，VSEPR模型认为，分子中的价层电子对总是尽可能地互斥，均匀地分布在分子中，因此，m+n的数目决定了分子或离子中的价层电子对在空间的分布(与分子立体构型不同)，可画出VSEPR理想模型。,三、价层电子对互斥理论,价层电子对互斥理论的判断规则m=(A的族序数离子电荷数-X的化合价X的个数)/2 价层电子对数=m+n例：求PO43- ，NH4+ ，CCl4 ，
6、NO2 ，ICl4- ，OCl2 分子或离子中心原子的价层电子对数,AXnEm,CO32-,三、价层电子对互斥理论,价层电子对互斥理论的判断规则 根据中心原子A的价层电子对数，找出对应的理想结构图形。如果出现有奇电子，可把这个单电子当作一个电子对来看待。,价层电子对：2 直线型,CO2,三、价层电子对互斥理论,价层电子对：3 平面三角形,BF3,NO2,三、价层电子对互斥理论,价层电子对：4 正四面体,CCl4,三、价层电子对互斥理论,价层电子对：5 三角双锥,PCl5,三、价层电子对互斥理论,价层电子对：6 正八面体,SF6,XeF4,三、价层电子对互斥理论,例：判断PO43- ，NH4+
7、，CCl4 ，SO2 ，ICl4- ，OCl2 ，SO42-分子或离子的空间构型,甲烷分子实测的和VSEPR模型预测的立体结构都是正四面体。CH4中心原子碳的4个价电子层原子轨道2s和2px, 2py, 2pz分别跟4个氢原子的1s原子轨道重叠形成键，无法解释4个C-H键是等同的，因碳原子的3个2p轨道相互正交(90)，而2s轨道是球形的。泡林假设，甲烷的中心原子碳原子在成键时，4个价电子层原子轨道并不维持原来的形状，而是发生 所谓“杂化”，得到4个等同的轨道，总称sp3杂化轨道。,四、杂化轨道理论,1. 杂化与杂化轨道,在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成
8、一组新的原子轨道。这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫做杂化轨道。2原子轨道杂化遵循的原则： (1) 能量相近原则: 中心原子形成杂化轨道的原子轨道在能量相近, 通常是最外层价电子原子轨道.,1931年, 美国化学家泡林提出了杂化轨道理论.,四、杂化轨道理论,(2) 轨道数目守恒原则：参与杂化的原子轨道数目= 组成的杂化轨道数目。 (3) 轨道能量重新分配原则: 原子轨道在杂化前能量各不相同, 但杂化后的杂化轨道能量相等. (4) 杂化轨道对称性分配原则: 杂化轨道在球形空间成对称性分布, 因此等性杂化轨道的夹角相等. 与原来的原子轨道相比，杂化轨道的空间伸展方向改变，成键能力更强， 分子越
9、稳定；不同的杂化轨道空间分布不同，决定了分子的空间几何构型不同。 (5) 最大重叠原则：杂化轨道按最大重叠成键最稳定,四、杂化轨道理论,sp3杂化：VSEPR模型AY4,+,+,+,+,_,_,_,_,109 28,例 CH4,AY4： CH4、CCl4 、NH4+,sp3杂化：VSEPR模型AY4,sp2杂化：VSEPR模型AY3,+,+,+,_,_,_,120,例 BF3,B,sp2,2p,sp2杂化：VSEPR模型AY3,sp2杂化：VSEPR模型AY3,烯烃C=C结构中跟3个原子键合的碳原子也是以 sp2杂化轨道为其s-骨架的。以sp2杂化轨道构建s-轨道的中心原子必有一个垂直于sp2
10、-s骨架的未参与杂化的p轨道，如果这个轨道跟邻近原子上的平行p轨道重叠，并填入电子，就会形成键。如，乙烯H2C=CH2、甲醛H2C=O的结构图：,sp2杂化：VSEPR模型AY3,杂化类型,sp杂化（VSEPR模型AY2）,例 BeCl2,sp杂化,例 CH4,与中心原子键合的是同种原子，分子呈高度对称的正四面体构型，4个sp3杂化轨道(键能、键长、键角等)没有差别，称等性杂化。,AY4： CH4、CCl4 、NH4+,等性杂化,不等性sp3杂化：判断是否等性杂化，要看各条杂化轨道的能量是否相等。,N,不等性sp3杂化,不等性sp3杂化,例 H2O,O,不等性sp3,折线(V)形,（ CH3C
11、l、NH3、H2O ）,中心原子的4个sp3杂化轨道用于构建不同的s轨道，如CH3Cl中C-H键和C-Cl键的键长、键能都不相同，4个s键的键角也有差别，又如NH3和H2O的中心原子的4个杂化轨道分别用于s键和孤对电子对，这样的4个杂化轨道显然有差别，叫做不等性杂化。,不等性杂化,四、杂化轨道理论,PCl5,N2H4,四、杂化轨道理论,五、配位共价键,形成条件：（1）一方有孤对电子（2）一方有空轨道,五、配位共价键,形成条件：（1）一方有孤对电子（2）一方有空轨道,具有相同的原子数目，而且价电子总数相等的分子或离子具有相同的结构特征, 这个原理称为“等电子体原理”。,CO32、NO3、SO3,SO2、O3、NO2,SO42、PO43,SO3和SO32-,六、等电子体原理,
