2023學(xué)年完整公開課版化學(xué)鍵

無機與分析技術(shù)化學(xué)鍵基礎(chǔ)化學(xué)教研室葉國華我們把分子內(nèi)部直接相鄰原子間的強的相互作用力稱為化學(xué)鍵。化學(xué)鍵有三種類型：離子鍵(金屬原子和非金屬原子之間)共價鍵(非金屬原子之間)金屬鍵(金屬原子之間)一、離子鍵（一）離子鍵的形成nNa（2s22p63s1）nCl（3s23p5）nNaCl＋靜電引力

nNa+（2s22p6）nCl-（3s23p6）-ne+ne德國化學(xué)家科塞爾

1.離子鍵

：相反電荷的正、負(fù)離子通過靜電作用而形成的化學(xué)鍵。

形成離子鍵重要條件：兩成鍵原子的電負(fù)性差值較大如：（二）離子鍵的本質(zhì)及特點離子鍵的本質(zhì)是靜電作用力。離子鍵的特點：沒有方向性和飽和性。

a.與任何方向電性不同的離子相吸引，所以無方向性。

b.只要是正負(fù)離子之間，則彼此吸引，即無飽和性。離子鍵的強度是吸引力與排斥力的平衡結(jié)果。通常用晶格能來衡量。離子鍵的形成條件：一般相差1.7時，可形成離子鍵。離子鍵的成鍵元素：活潑的金屬與活潑的非金屬

2.晶格能：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(298K)，將1mol離子晶體轉(zhuǎn)化為氣態(tài)離子所吸收的能量。(Ela)

離子的電荷越高，半徑越小，晶格能也越大，化合物越穩(wěn)定，離子化合物的熔點和沸點也就越高。NaCl(s)→Na+(g)+Cl-(g)U=788kJ·mol-1（二）離子鍵的本質(zhì)及特點二、金屬鍵1.金屬鍵的形成：自由電子:是在某一瞬間不受一定原子束縛的電子。金屬鍵:在金屬晶體中由于自由電子運動而使金屬原子和金屬陽離子間相互結(jié)合的化學(xué)鍵稱為金屬鍵。2.金屬鍵的特性：金屬鍵沒有方向性和飽和性。3.金屬晶體特性：因為自由電子的存在，所以金屬可導(dǎo)電和導(dǎo)熱；原子和陽離子是緊密堆積，故密度大，延展性好。三、共價鍵路易斯

1916年，美國科學(xué)家Lewis提出原子間共用電子對成鍵的概念。同種元素的原子以及電負(fù)性相近的原子間可以通過共用電子對形成分子。共用一對電子形成單鍵，共用兩對或三對電子形成雙鍵或三鍵。

1.共價鍵(covalentbond)：原子通過共用電子對形成的化學(xué)鍵。（一）經(jīng)典價鍵理論路易斯結(jié)構(gòu)式：利用小黑點代表電子（或用短線代表一對成鍵電子對）表示出分子中原子周圍的價層電子，并結(jié)合惰性氣體8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的事實，確定一些分子或離子的結(jié)構(gòu)式。例如：（一）經(jīng)典價鍵理論3.共價鍵的極性極性鍵：非極性鍵：成鍵的兩原子相同，共用電子對不偏向任何一方A-A型成鍵的兩原子不相同A-B型

共價鍵的極性大小與成鍵原子的電負(fù)性差值有關(guān)，差值越大，共價鍵的極性越大2.共價鍵的特點具有方向性和飽和性（一）經(jīng)典價鍵理論又稱配位共價鍵，是一種特殊的共價鍵。配位鍵是一類特殊的共價鍵，共有電子對是由一個原子單方面提供而跟另一個具有空軌道的原子共有的。這樣的共價鍵叫做配位鍵。用“→”表示。

銨離子是由配位鍵的典型例子。銨分子的氮原子上有一對沒有跟其他原子公用的電子對。氫離子具有一個空軌道，當(dāng)氨分子、氫離子相互作用時，氨分子上的弧對電子進入氫離子的空軌道。這一對電子在氨分子、氫原子之間公用，形成配位鍵。4.配位鍵第一章第三節(jié)例

4.配位鍵第一章第三節(jié)如：現(xiàn)代價鍵理論—1927年海特勒和倫敦在此基礎(chǔ)上，建立了現(xiàn)代價鍵理論（valencebondtheory,VB)，又稱電子配對理論。二、共價鍵(二)現(xiàn)代價鍵理論（1）只有自旋方向相反的未成對電子(單電子)，可以配對形成穩(wěn)定的共價鍵。（2）一個原子有幾個未成對電子，就能與幾個其它原子的幾個自旋方向相反的未對電子形成共價健。（3）成鍵電子的兩原子軌道盡可能達到最大重疊。軌道重疊程度愈大，兩核間電子的概率密度愈密集，系統(tǒng)能量降低越多形成的共價鍵愈穩(wěn)定。這稱為原子軌道最大重疊原理。1.要點

（1）共價鍵的本質(zhì)根據(jù)價鍵理論，共價鍵是原子間通過共用電子對（即電子云的重疊）所形成的化學(xué)鍵。共價鍵形成的本質(zhì)就是電子云的重疊，電子云重疊越多，分子越穩(wěn)定。兩個原子的未成對電子，只有自旋相反，才能配對形成一個共價鍵。2.共價鍵的本質(zhì)和特征(二)現(xiàn)代價鍵理論

①共價鍵的飽和性自旋方向相反的單電子配對形成共價鍵后，就不能再和其它原子中的單電子配對。所以，每個原子所能形成共價鍵的數(shù)目取決于該原子中的單電子數(shù)目。例如：兩個氯各有一個未成對電子，它們可以配對形成單鍵(Cl-Cl)。++1s3pz

（2）共價鍵的特征成鍵電子的原子軌道在空間都有一定的形狀和取向。兩原子軌道只有沿一定的方向靠近才能達到最大程度的重疊，才能形成穩(wěn)定的共價鍵。如：

②共價鍵的方向性ps②共價鍵的方向性如下圖所示的重疊，將破壞原子軌道的對稱性。X++X++++sp+pzz－+pz－②共價鍵的方向性3.共價鍵的類型

由于成鍵原子軌道重疊方式的不同，形成了兩種不同類型的共價鍵。（1）σ鍵:

兩原子軌道沿鍵軸(成鍵原子核連線)方向進行同號重疊(頭碰頭)。σ鍵“頭碰頭”正面重疊。特點：重疊部分大，鍵比較牢固；重疊部分沿鍵軸對稱分布，可繞軸任意旋轉(zhuǎn)。形成σ鍵的電子叫σ電子。3.共價鍵的類型3.共價鍵的類型兩原子軌道沿鍵軸方向在鍵軸兩側(cè)平行同號重疊(肩并肩)。（2）π鍵“肩并肩”由于π鍵的軌道重疊程度小于σ鍵，所以π鍵的鍵能通常小于

σ鍵，穩(wěn)定性也較低，兩原子形成共價鍵時，優(yōu)先形成σ鍵。3.共價鍵的類型

σ鍵

π鍵

參加成鍵的軌道

s、p及各種雜化軌道

僅p軌道

電子云重疊方式

頭對頭

肩并肩

重疊程度及鍵能

大

小

該鍵牢固否

牢固

不牢固

沿鍵軸旋轉(zhuǎn)鍵斷裂否

不斷裂

斷裂

鍵的對稱情況沿鍵軸圓柱對稱沿鍵軸平面鏡面反對稱

σ鍵與π鍵的比較4.共價鍵參數(shù)化學(xué)鍵的性質(zhì)在理論上可由量子力學(xué)計算作定量的討論，也可以通過表征鍵性質(zhì)的某些物理量來描述，如：鍵長、鍵角、和鍵能等，這些物理量統(tǒng)稱為鍵參數(shù)。在100kPa、298K、將1mol理想氣體AB分子解離成為理想氣體A原子和B原子，這一過程的所需的能量稱作鍵能。又稱作鍵焓。單位為kJ/mol

。它表示鍵的牢固程度。鍵能越大，鍵越牢固，所形成的分子越穩(wěn)定對于雙原子分子來說，鍵能也就是解離能(D)。（1）鍵能(Eb)鍵能表示鍵的強弱鍵長是指構(gòu)成共價鍵的兩個原子的核間距離。在H2中兩個原子的核間距為74pm，即H－H鍵長為74pm。(1pm=10-12m)

鍵長越小，鍵越強，越牢固，分子穩(wěn)定。（2）鍵長(l):

分子中鍵和鍵之間的夾角叫鍵角。

鍵角是反映分子空間結(jié)構(gòu)的重要因素之一。如果知道了一個分子的所有鍵長和鍵角數(shù)據(jù)，那么這個分子的幾何構(gòu)型也就知道了。例如：二氧化碳中∠OCO鍵角等于180o，可以知道二氧化碳分子是直線型的，而且兩個C-O鍵長相等，是一個對稱分子。（3）鍵角(θ)鍵的極性是由于成鍵原子的電負(fù)性不同而引起的。當(dāng)成鍵原子的電負(fù)性相同或相近時，核間的電子云密集區(qū)域在兩核的中間位置附近，兩個原子核正電荷所形成的正電荷重心和成鍵電子對的負(fù)電荷重心幾乎重合，這樣的共價鍵稱為非極性共價鍵。如H2、O2分子中的共價鍵就是非極性共價鍵。（4）鍵的極性當(dāng)成鍵原子的電負(fù)性不同時，核間的電子云密集區(qū)域偏向電負(fù)性較大的原子一端，使之帶部分負(fù)電荷，而電負(fù)性較小的原子一端則帶部分正電荷，鍵的正電荷重心與負(fù)電荷重心不重合，這樣的共價鍵稱為極性共價鍵。如HCl分子中的H-Cl鍵就是極性共價鍵。（4）鍵的極性價鍵理論的優(yōu)點：

價鍵理論繼承了路易斯共享電子對的概念，闡明了共價鍵形成的過程和本質(zhì)，并成功的解釋了共價鍵的方向性、飽和性等特點。（4）鍵的極性價鍵理論的局限性

為了解釋上述事實，著名化學(xué)家鮑林提出了雜化軌道理論,對價鍵理論進行了補充。

1.雜化軌道理論簡介：（1）原子軌道在成鍵的過程中并不是一成不變的。同一原子中能量相近的的幾個原子軌道，在成鍵過程中可重新組合，形成相同數(shù)目的新的原子軌道，而改變了原來原子軌道的狀態(tài)（能量和狀態(tài)），這一過程稱為雜化(hybridization)。形成的新的軌道叫雜化原子軌道(hybridatomicorbital)。簡稱雜化軌道。（三）雜化軌道理論

（2）原子在成鍵時，同一原子中能級相近的原子軌道可參與雜化組成新軌道。（3）只有在形成分子時，同一中心原子能量相近的原子軌道才能進行雜化。ns、np或ns、np、nd或(n-1)d、ns、np（4）形成的雜化軌道數(shù)等于參與雜化的原子軌道數(shù)。即雜化前后軌道數(shù)目不變。（三）雜化軌道理論（5）雜化改變了原子軌道的形狀。雜化軌道一頭大，一頭小，軌道之間呈最大夾角分布，有利于軌道最大重疊。有更強的方向性和更強的成鍵能力。（三）雜化軌道理論第一章第三節(jié)（1）sp雜化軌道：1個s軌道和1個p軌道雜化得到兩個等同的sp雜化軌道。每個軌道含有0.5s和0.5p的成分，兩個軌道間的夾角為180o。2.雜化軌道類型及實例分析基態(tài)Be價層電子排布：2s2spsp雜化在BeCl2分子形成中，Be原子軌道的雜化過程如下：激發(fā)2.雜化軌道類型及實例分析

Be原子的每個sp雜化軌道分別與Cl原子的3p軌道重疊，形成兩個σ鍵，生成BeCl2分子。由于采用sp雜化，軌道間的夾角為180o，所以BeCl2分子的幾何構(gòu)型為構(gòu)型為直線型。BeCl2分子的軌道重疊圖BeCl2分子的形狀2.雜化軌道類型及實例分析BeClClCl—Be—Cl直線形空間構(gòu)型為直線型的分子：CO2BeBr2BeI2BeH2C2H2CS2HgCl2

（2）sp2雜化軌道：由1個s軌道與2個p軌道雜化得到3個等同的sp2雜化軌道。每個軌道含有1/3s和2/3p的成分，3個軌道處于同一平面，每個軌道間的夾角為120o。2.雜化軌道類型及實例分析例如：在BF3分子形成中，B原子軌道的雜化過程如下：基態(tài)B價層電子排布：2s22p1sp2sp2雜化激發(fā)2.雜化軌道類型及實例分析

B原子的3個sp2雜化軌道分別與三個F原子的2p軌道重疊，形成3個σ鍵，生成BF3分子。由于采用sp2雜化，軌道間的夾角為120o，所以BF3分子的幾何構(gòu)型為構(gòu)型為平面三角形。BF3分子的軌道重疊圖BF3分子的形狀圖2.雜化軌道類型及實例分析+__120°120°BClClClClClClB分子空間構(gòu)型：平面正三角形。SO3分子的空間構(gòu)型也是平面正三角形

其它如：BCl3

分子也采取sp2雜化。（3）sp3雜化雜化軌道：由1個s軌道和3個p軌道雜化得到4個等同的sp3雜化軌道。每個軌道含有1/4s和3/4p的成分，sp3雜化軌道分別指向四面體的4個頂角，4個軌道彼此間的夾角為109o28′。2.雜化軌道類型及實例分析基態(tài)C價層電子排布：2s22p2例如：在CH4分子形成中，C原子軌道的雜化過程如下：激發(fā)sp32.雜化軌道類型及實例分析

C原子的4個sp3雜化軌道分別與四個H原子的1s軌道重疊，形成4個σ鍵，生成CH4分子。因H原子是沿著雜化軌道伸展方向重疊，因此甲烷的空間構(gòu)型為正四面體。2.雜化軌道類型及實例分析++++____109°28’10928′CHHHHCHHHH正四面體

其它如：CCl4

、CF4