文档介绍：第五章分子结构和晶体结构
原子之间强烈的作用力称之为化学键
化学键主要分为金属键、离子键和共价键
本章主要讨论:
共价键的形成——价键理论
分子结构——杂化轨道理论
共价分子之间的作用力
晶体的基本类型及其特征
通过本章的学****可以初步判断物质的物理性质和化学性质
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第一节共价键的形成
同种非金属元素之间、不同种非金属元素之间以及电负性相差不大的非金属-金属元素之间一般以共价键结合形成共价型分子。
近代共价键理论主要有价键理论(VB法)和分子轨道理论(MO法)。本章主要介绍价键理论。
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1927年海特勒和伦敦运用量子力学原理,通过求解氢分子的薛定谔方程,认识到了共价键的本质,经过发展形成了共价键理论。
(1904-1981)
(1900-1954)
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这是他们发表在Zeitschrift für Physik(物理学杂志), 44, 455—472 (1927)上的论文原件,两位科学家时年分别为23和27岁。
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一、价键理论
氢分子形成时的能量变化
E
0
d
核间距
1、氢分子中共价键的形成
根据氢分子薛定谔方程的求解结果,可以得出两个氢原子之间的相互作用能和核间距之间的关系。如右图所示。
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(a)自旋方式相反(b) 自旋方式相同
实验测得氢分子d=74pm,H-H键能为436kJ /mol。
而玻尔半径为53pm,显然,两个氢原子的1s轨道发生部分重叠。轨道重叠情况可用下图表示。
氢原子轨道重叠示意图
原子轨道有效重叠是价键理论的实质!
将量子力学处理氢分子的结果推广到其它分子,即发展为价键理论。
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(1)两原子自旋方向相反的未成对电子相互接近时可以配对形成共价键。
原子中有几个未成对电子就可以形成几个共价键——共价键的饱和性。如H只能形成H2,H和O只能形成H2O,H和N只能形成NH3等。
(2)原子轨道相互重叠时,只能“正-正”或“负-负”重叠,否则不能形成共价键——对称性匹配原理。
(3)原子轨道在重叠时,总是优先沿着重叠最多的方向进行,重叠越多共价键越稳定——最大重叠原理。最大重叠原理决定了共价键具有方向性。
2、价键理论要点
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根据价键理论要点,对于s和px轨道的重叠只有(a)方式可以形成稳定的共价键。
-
+
(a)
(b)
(c)
(d)
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
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3、σ键和π键
以“头碰头”方式重叠形成的共价键称为σ键。
σ键电子云处于两核连线上,核对σ键电子的束缚力大,σ键稳定,优先形成。
s s
s p
p p
+
-
-
-
+
+
+
+
+
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以“肩并肩”方式重叠形成的共价键称为π键。
π键电子云并不处于两核连线上,核对π键电子的束缚力较小,因而π键不如σ键稳定。当两原子形成共价键时应优先形成σ键,然后再考虑是否形成π键,换句话说,π键不能单独存在。因此共价双键和三键中必有一个σ键,如N2。
+
-
+
-
σ
π
π
N
N
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