作者：2016级会计学 何家琦           

作者简介：2016-2017学年以海洋科学类专业第三转入工商管理大类，专业积点第一 

 

本章学习要求：掌握价键理论的要点、共价键的特点及σ 键和π 键的形成、特点；

掌握分子间作用力和氢键的形成、特点及对物质性质的影响

Ø  离子键

1.      离子键的本质： 就是正负离子间的静电吸引作用。显然，离子键的强弱与正负离子的静电吸引力大小有关，正负离子电荷Z↑、r↓、静电吸引力↑，离子键愈强。

2.      离子键的特点：无方向性（视作点电荷作用，无方向性）；无饱和性（吸引尽可能多的异号离子）

3.      一般要求电负性差大于1.7，而且差值越大，极性越强。

4.      主要以晶体的形式存在，具有较高的熔点和沸点。

5.      在熔融状态或溶于水后其水溶液均能导电。

Ø  离子键的强弱用晶格能表示

 

Ø  价键理论

1.      美国化学家路易斯提出早期的共价键的电子理论：原子间可共用一对或几对电子，以形成稳定的分子。

                                                                                               

                                                                                                                                                 

                                                                               

                                                                                  

                                                                      

2.      海特勒和伦敦成功地用量子力学处理了分子的结构。

3.      鲍林和斯莱特将其处理分子的方法推广应用于其他分子系统而发展成价键理论，简称VB法或电子配对法。

4.      共价键定义：两原子互相接近时，由于原子轨道重叠，两原子共用自旋相反的电子对，使体系能量降低而形成的化学键。

 

Ø  价键理论的要点：

1.      电子配对原理：原子中自旋方向相反的未成对电子，相互接近时，通过原子轨道重叠使体系能量降低，相互配对形成稳定的化学键。

                                        

         

基态，能量降低，成键               排斥态，能量升高，成键不稳定

 

2.      共价键的饱和性：已键合电子不能再形成新的化学键，共价键数目由未成对电子数目决定

3.      共价键的方向性：原子轨道的最大重叠原理，两个原子轨道只有同号才能实行有效重叠（对称性匹配），而原子轨道重叠时总是沿着重叠最多的方向进行，重叠越多，共价键越牢固。

 

Ø  共价键的饱和性

一个原子有几个成单电子，一般就只能和几个自旋相反的电子配对成键。

例题：H和F形成HF；          O和H形成；             N和H形成

补图

 

Ø  共价键的方向性（决定分子的几何构型）

原子轨道的最大重叠原理：两个原子轨道只有同号才能实行有效重叠（对称性匹配），电子云重叠最大的方向即共价键的方向。

即共价键具有方向性的原因是因为原子轨道有（p,d,f）一定的方向性,它和相邻原子的轨道重叠成键要满足最大重叠条件。

1.      【对称性匹配】原子轨道同号重叠有效

2.      【最大重叠原理】尽可能最大程度地重叠，以降低体系的能量

如图只有c才是满足对称性（同号）最大重叠

注解：电子云轨道有xy轴代表正负

例题：如何成键？

 

 

                                                                                                             

 

 

    Cl  的3pz和另一个Cl的3pz轨道重叠，且满足对称性匹配和最大重叠。

 

例题：HCl如何成键？

 

 

Cl的3pz和H的1s轨道重叠，且满足对称性匹配和最大重叠。

 

Ø  共价键类型

根据原子轨道重叠方式不同，共价键分为：

            （xi格马）

      原子轨道沿键轴方向以“头碰头”方式重叠形成的共价键。此方式，重叠程度大，受核吸引力大，键能大，稳定性高。

 

  原子轨道沿键轴方向以“平行”或“肩并肩”方式重叠形成的共价键

      

“肩并肩”重叠，受核吸引力小，不牢固，π键电子易参加反应。

     

（iii）σ键和π键的比较

                                     重叠程度：π键＜σ键

                                     键能：π键＜σ键

                                     稳定性：π键＜σ键

 

 

 

 

  故核对π键电子束缚小，π电子流动性大，稳定性差，在化学反应中易断裂，易参加化学反应。烯烃、炔烃中有π键，所以化学性质活泼。

例题：N2中的N原子是怎样成键的？

 

 

结论  单键：一个σ键

      双键：一个σ键+一个π键

      叁键：一个σ键+两个π键

及无论什么都有一个σ键，其余都为π键。（π键必须与σ键共存）

 

Ø  共价键参数

1.      键能：键能越大，化学键越牢固。根据热化学和光谱学数据求出其平均值。

2.      键长：键长数据越大，两原子间作用力越小。表示原子核之间的距离。

3.      键角：分子的空间几何构型

由于共价键具有方向性,因此会决定或影响分子的立体结构。而分子的立体结构决定了很多分子的重要性质。

 

Ø  键的极性和分子的极性

1.      键的极性

 

 

 

△X越大、键的极性越大

2.      偶极矩：表示分子极性大小

a)      μ = q * l（q：电量     l ：正负电荷重心之间的距离）

b)      偶极矩是各键矩的矢量和，方向为正电荷中心到负电荷中心

c)      根据μ大小可以判断分子有无极性，比较分子极性的大小。μ= 0，为非极性分子；μ↑，分子的极性。

d)      双原子分子 直线型，μ大小与键的极性一致，如HX

多原子分子 结构对称，μ=0，为非极性分子（偶极矩有方向性，抵消）

           结构不对称，μ≠0，为极性分子、

e)      偶极矩可帮助判断分子可能的空间构型：

例如NH3和BCl3都是由四个原子组成的分子，可能的空间构型有两种，一种是平面三角形，一种是三角锥形，根据

            μ(NH3)=5.00×10^-30 C×m

  μ(BCl3)= 0.00 C×m

可知，BCl3分子是平面三角形对称构型（矢量和相互抵消），而NH3分子是三角锥形构型。

3.      极性分子和分极性分子

 

                

    

 

 根据正负电荷在分子内部的分布情况，可把分子分为极性分子和非极性分子。

 

                                  

   

     极性分子                                       HF

                                                        NH3、H2O、CH3Cl

        （正负电荷中心不重合）                                                  非极性键双原子分子 N2、H2、O2  

         非极性分子              

        （正负电荷中心重合）      极性键，空间对称的多原子分子CH4、BF3、CO2

 

 

4.      键的极性和分子极性为不同的概念

分子内存在极性键未必就是极性分子。

 例如：          偶极矩为矢量和，相互抵消后，μ=0，分子无极性。

 

 

                 有一个不同原子参与，μ≠0，分子有极性

 

 

结论：极性分子中一般都存在极性键；但非极性分子不仅和键的极性有关，还与分子的空间结构（对称性）有关。

5.      分子极性与溶解度有关：

相似相溶原理：极性溶质易溶于极性溶剂中；非极性溶质易溶于非极性溶剂中。

例如：油污染零件的清洗：机油（非极性）→汽油（非极性）→乙醇→水（极性）

 

Ø  分子间作用力（范德华力）实质：静电作用

范德华力普遍地存在于固液气态任何微粒之间。微粒相离稍远，就可忽略。范德华力没有方向性和饱和性，不受微粒之间的方向和个数的限制。

1.     色散力

2.     诱导力

3.     取向力

4.     三种力的共性：

A.      永远存在分子之间

B.      力的作用很小

C.      无方向性和饱和性

D.     作用范围比较小

E.      经常以色散力为主

F.      影响物质的熔点，沸点，溶解度等

Ø  色散力

定义：瞬时偶极间的作用力。

范围：存在于一切分子中。

补图

 

 

Ø  诱导力

定义：诱导偶极，诱导偶极同固有偶极间的作用力

范围：极性分子和非极性分子，极性分子和极性分子（极性分子必定存在）

 

 

 

 

                                     

 

Ø  取向力

定义：当极性分子彼此靠近时，由于存在固有偶极，同极相斥，异极相吸，分子发生相对转动，并定向排列。

范围：极性分子和极性分子间。

 

 

 

 

总结：极性分子---极性分子      色散力，诱导力，取向力

      极性分子---非极性分子    色散力，诱导力

      非极性分子---非极性分子  色散力

Ø  氢键

1.      条件：分子中有H原子且与电负性很大的元素（如F、O、N等）形成共价键；

 分子中有电负性很大且带有孤对电子的原子

2.      以HF为例：共用电子对强烈偏向F原子，使H原子几乎成为裸核(质子)。半径很小带正电的质子与相邻的HF中F原子的孤对电子互相吸引(静电吸引)形成H键(分子间H键)。

3.      氢键的分类：

分子间氢键：相当于形成大分子，使分子间结合力增强，使化合物的熔点、沸点、熔化热、汽化热、黏度等增大，蒸汽压则减小。

分子内氢键：使分子内部结合更紧密，分子变形性下降，分子间作用力下降，一般使化合物的熔点、沸点、熔化热、汽化热、升华热等减小。

4.      特点：有方向性和饱和性；键能同范德华力相当；物质熔沸点相对较高；与分子形成氢键的物质易溶于水。

5.      氢键对物质的物理性质的影响：

溶解度：溶质与溶剂形成H键，溶质的溶解度是↑

        溶质形成分子间H键，形成大分子

        极性溶剂中溶解度↓；

        非极性溶剂中的溶解度↑。

        溶质形成分子内氢键，分子紧缩变小，极性↓

            极性溶剂中溶解度也↓；非极性溶剂中的溶解度则增大。

例如邻硝基苯酚易形成分子内氢键，比其间、对硝基苯酚在水中的溶解度更小，更易溶于苯

熔沸点：含氢键的物质熔沸点相对较高。

  液体密度：液体分子形成H键，分子缔合，密度↑。