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1、21 共价键模型一、共价键的形成共价键是常见化学键之一，它的本质是在原子之间形共价键是常见化学键之一，它的本质是在原子之间形共价键是常见化学键之一，它的本质是在原子之间形共价键是常见化学键之一，它的本质是在原子之间形成共用电子对。成共用电子对。成共用电子对。成共用电子对。例：氢分子中共价键的形成过程。例：氢分子中共价键的形成过程。例：氢分子中共价键的形成过程。例：氢分子中共价键的形成过程。当两个氢原子（各有一个自旋方向相反的电子）相互靠近，到一当两个氢原子（各有一个自旋方向相反的电子）相互靠近，到一当两个氢原子（各有一个自旋方向相反的电子）相互靠近，到一当两个氢原子（各有一个自旋方向相反的电子
2、）相互靠近，到一定距离时，会发生相互作用。每个定距离时，会发生相互作用。每个定距离时，会发生相互作用。每个定距离时，会发生相互作用。每个H H H H原子核不仅吸引自己本身的原子核不仅吸引自己本身的原子核不仅吸引自己本身的原子核不仅吸引自己本身的1s1s1s1s电子还吸引另一个电子还吸引另一个电子还吸引另一个电子还吸引另一个H H H H原子的原子的原子的原子的1s1s1s1s电子，电子，电子，电子，平衡之前，引力排斥力，平衡之前，引力排斥力，平衡之前，引力排斥力，平衡之前，引力排斥力，到平衡距离到平衡距离到平衡距离到平衡距离d d d d，能量最低：，能量最低：，能量最低：，能量最低：E E
3、 E E0 0 0 02E2E2E2E，形成稳定的共价键形成稳定的共价键形成稳定的共价键形成稳定的共价键。此过程中体系能量变化情况图：此过程中体系能量变化情况图：两个两个H H原子的原子的1S1S轨道发生重叠，核间轨道发生重叠，核间形成一个电子出现的几率密度较大的形成一个电子出现的几率密度较大的区域。区域。这样，增强了核间电子云对这样，增强了核间电子云对两核的吸引，两核的吸引，削弱了两核间斥力，削弱了两核间斥力，体系能量降低，更稳定体系能量降低，更稳定 一、共价键的形成共价键是常见化学键之一，它的本质是在原子之间形共价键是常见化学键之一，它的本质是在原子之间形共价键是常见化学键之一，它的本质是
4、在原子之间形共价键是常见化学键之一，它的本质是在原子之间形成共用电子对。成共用电子对。成共用电子对。成共用电子对。思考：用电子式表示思考：用电子式表示H2、HCl 分子的形成过程分子的形成过程H HH H 氢分子的形成：氢分子的形成：氢分子的形成：氢分子的形成：氯化氢分子的形成：氯化氢分子的形成：氯化氢分子的形成：氯化氢分子的形成：Cl ：H Cl H 思考：可能有思考：可能有H3、H2Cl、Cl3分子吗？分子吗？分析：不可能有H3、H2Cl、Cl3分子的存在，因为 这些分子的组成形式不符合共用电子对理论。我们学过电子云和原子轨道，如何用电子云和原子轨我们学过电子云和原子轨道，如何用电子云和原
5、子轨我们学过电子云和原子轨道，如何用电子云和原子轨我们学过电子云和原子轨道，如何用电子云和原子轨道的概念来进一步理解共价键的相关问题呢？道的概念来进一步理解共价键的相关问题呢？道的概念来进一步理解共价键的相关问题呢？道的概念来进一步理解共价键的相关问题呢？思考：如何用电子云描述氢原子形成氢分子的过程？思考：如何用电子云描述氢原子形成氢分子的过程？从图中可以发现，电子云在两个原子核间重叠，意味着电子从图中可以发现，电子云在两个原子核间重叠，意味着电子出现在原子核间的概率要增大，电子带负电，因而可以形象出现在原子核间的概率要增大，电子带负电，因而可以形象地说，核间电子好比在两个原子核间架起了一座带
6、负电地桥地说，核间电子好比在两个原子核间架起了一座带负电地桥梁，把带正电的两个原子核连接在一起了梁，把带正电的两个原子核连接在一起了象象H2分子里面两个分子里面两个H原子间形成的共价键称为原子间形成的共价键称为键。键。思考：H2分子中键是由两个键是由两个S电子云重叠而成的，可以称为电子云重叠而成的，可以称为“SS 键键”。那么。那么S电子和电子和P电子，电子，P电子和电子和P电子是否也能电子是否也能重叠呢？它们重叠后成键情况如何呢？重叠呢？它们重叠后成键情况如何呢？例：例：HClHCl和和ClCl2 2分子形成过程中电子云重叠情况图示。分子形成过程中电子云重叠情况图示。一、共价键的形成HClH
7、ClHClHCl和和和和ClClClCl2 2 2 2分子形成过程中电子云重叠情况分析。分子形成过程中电子云重叠情况分析。分子形成过程中电子云重叠情况分析。分子形成过程中电子云重叠情况分析。HCl分子中的共价键是由氢原子提供未成对电子1s的原子轨道和氯原子提供的未成对电子3p的原子轨道重叠形成的Cl2分子中的共价键是由两个氯原子各提供一个未成对电子3p的原子轨道重叠形成的HCl分子和Cl2分子里的电子云图像和H2分子里的共价键的电子云图像一样，都是 键，分别称为sp 键和pp 键问题：电子云还有其它的重叠方式吗？一、共价键的形成键的形成：P P电子和电子和P P电子除了能形成类似于电子除了能形
8、成类似于ClCl2 2分子中的分子中的p pp p 键外，还能键外，还能形成如上图所示的形成如上图所示的键键键：电子云以键：电子云以“头碰头头碰头”的方式重叠，电子云为轴对称；的方式重叠，电子云为轴对称；键：电子云以键：电子云以“肩并肩肩并肩”的方式重叠，分为两块，镜像对称。的方式重叠，分为两块，镜像对称。see 键的强度比较高，比键的强度比较高，比键牢固，更不容易断裂。如乙烷中只有键牢固，更不容易断裂。如乙烷中只有键，但是乙烯中有键，但是乙烯中有键，它们表现出来的性质区别是乙烯分子中有键，它们表现出来的性质区别是乙烯分子中有一个键容易断裂，性质更活泼。一个键容易断裂，性质更活泼。判断是判断是
9、键还是键还是键的一般规律：共价单键是键的一般规律：共价单键是键；共价双键有一键；共价双键有一个是个是键，还有一个是键，还有一个是键；共价叁键则由一个键；共价叁键则由一个键和两个键和两个键组成。键组成。一、共价键的形成练习：已知氮气分子中存在叁键，试通过画出电子 云的重叠情况来描述氮气分子中共价键的形成.解答：见教材P41，图215（氮分子成键示意图）一、共价键的形成二、共价键的特征1 1、共价键的饱和性。、共价键的饱和性。、共价键的饱和性。、共价键的饱和性。共价键的饱和性是指一个原子含有几个未成对电共价键的饱和性是指一个原子含有几个未成对电子，就能与几个自旋相反的未成对电子配对形成子，就能与几
10、个自旋相反的未成对电子配对形成共价键。也就是说，一个原子所形成的共价键的共价键。也就是说，一个原子所形成的共价键的数目不是任意的，一般受未成对电子数目的制约。数目不是任意的，一般受未成对电子数目的制约。如果如果A A原子和原子和B B原子各有原子各有1 1个、个、2 2个或个或3 3个未成对电子，个未成对电子，且自旋相反，则可以互相配对，形成共价单建、且自旋相反，则可以互相配对，形成共价单建、双键或叁键（如双键或叁键（如H-HH-H、O=OO=O、NNNN）。如果）。如果A A原子有原子有2 2个单电子，个单电子，B B原子有原子有1 1个单电子，若自旋相反，则个单电子，若自旋相反，则1 1个
11、个A A原子能与原子能与2 2个个B B原子结合生成原子结合生成AB AB 型分子，如型分子，如2 2个个H H原子和原子和1 1个个O O原子结合生成原子结合生成H H2 2O O分子。分子。二、共价键的特征2 2、共价键的方向性。、共价键的方向性。、共价键的方向性。、共价键的方向性。共价键的形成沿着原子轨道最大重叠的方向进行，这样两核间的电子云越共价键的形成沿着原子轨道最大重叠的方向进行，这样两核间的电子云越密集，形成的共价键就越牢固，这就是共价键的方向性密集，形成的共价键就越牢固，这就是共价键的方向性。除。除s s 轨道呈球形轨道呈球形对称无方向性外，对称无方向性外，p p、d d、f
12、f轨道在空间都有一定的伸展方向。在形成共价轨道在空间都有一定的伸展方向。在形成共价键时，除键时，除s s 轨道与轨道与s s 轨道在任何方向上都能达到最大程度的重叠外，轨道在任何方向上都能达到最大程度的重叠外，p p、d d、f f 轨道只有沿着一定的方向才能发生最大程度的重叠。例如，当轨道只有沿着一定的方向才能发生最大程度的重叠。例如，当H H原子的原子的1 1s s 轨道与轨道与ClCl原子的原子的3 3p p 轨道发生重叠形成轨道发生重叠形成HClHCl分子时，分子时，H H原子的原子的1 1s s 轨道必轨道必须沿着须沿着x x轴才能与轴才能与ClCl原子的含有单电子的原子的含有单电子
13、的3 3p p 轨道发生最大程度的重叠，形轨道发生最大程度的重叠，形成稳定的共价键（如图所示）；而沿其它方向的重叠，则原子轨道不能重成稳定的共价键（如图所示）；而沿其它方向的重叠，则原子轨道不能重叠或重叠很少，因而不能成键或成键不稳定。叠或重叠很少，因而不能成键或成键不稳定。1.当当当当2 2个个个个相相相相同同同同原原原原子子子子成成成成键键键键时时时时，其其其其电电电电子子子子云云云云对对对对称称称称分分分分布布布布于于于于2 2个个个个原原原原子子子子中中中中间间间间，这这这这种种种种键键键键是是是是无无无无极极极极性性性性的的的的，称称称称为为为为非非非非极极极极性性性性共共共共价价价
14、价键，简称键，简称键，简称键，简称非极性键非极性键非极性键非极性键。如。如。如。如 HHHH键、键、键、键、CCCC键。键。键。键。2.但但但但2 2个个个个不不不不同同同同原原原原子子子子形形形形成成成成共共共共价价价价键键键键时时时时，由由由由于于于于成成成成键键键键两两两两原原原原子子子子的的的的电电电电负负负负性性性性不不不不同同同同，吸吸吸吸引引引引电电电电子子子子对对对对的的的的能能能能力力力力也也也也就就就就不不不不同同同同，电电电电子子子子云云云云靠靠靠靠近近近近电电电电负负负负性性性性较较较较大大大大的的的的原原原原子子子子，使使使使其其其其带带带带上上上上部部部部分分分分负
15、负负负电电电电荷荷荷荷，一一一一般般般般用用用用 符符符符号号号号表表表表示示示示，而而而而电电电电负负负负性性性性较较较较小小小小的的的的原原原原子子子子则则则则带带带带部部部部分分分分正正正正电电电电荷荷荷荷，一一一一般般般般以以以以 符符符符号号号号表表表表示示示示。如如如如氯氯氯氯甲甲甲甲烷烷烷烷分分分分子子子子中中中中的的的的碳碳碳碳氯氯氯氯键键键键：这这这这种种种种电电电电子子子子云云云云非非非非对对对对称称称称分分分分布布布布的的的的共共共共价价价价键键键键称称称称为为为为极极极极性性性性共共共共价价价价键键键键。电电电电负负负负性性性性相相相相差差差差越越越越大大大大，则则则则
16、键键键键的的的的极极极极性性性性也也也也越越越越大大大大。共共共共价价价价键键键键的的的的这这这这种种种种极极极极性性性性是是是是键的内在性质，是永久存在的。键的内在性质，是永久存在的。键的内在性质，是永久存在的。键的内在性质，是永久存在的。三、共价键的极性 H H3 3CCICCI四、共价键参数1.键长：以共价键相结合的2个原子核之间的距离称为键长。它取决于电子云的重叠程度，重叠程度愈大，键长愈短，键越牢固。常见共价键的键长为：CC 154pm C=C 134pm CC 120pm四、共价键参数1.1.键长键长2.2.键能：对于双原子分子，破坏其共价键时键能：对于双原子分子，破坏其共价键时所
17、形成气态原子时需提供的能量，称为该所形成气态原子时需提供的能量，称为该共价键的离解能，也就是该共价键的共价键的离解能，也就是该共价键的键能键能。但对多原分子，共价键的键能是指同一类但对多原分子，共价键的键能是指同一类共价键的平均离解能。共价键的平均离解能。键能与化学键的强弱程度的关系：键能越大，断开时所需要键能与化学键的强弱程度的关系：键能越大，断开时所需要的能量越多，这个化学键就越牢固；反之，键能越小，断开的能量越多，这个化学键就越牢固；反之，键能越小，断开时所需要的能量越低，这个化学键就不牢固。常见共价键的时所需要的能量越低，这个化学键就不牢固。常见共价键的键能数据见课本键能数据见课本p45 p45 表表2 21 11 1。1.键长键长2.键能键能3.键角：多原子键角：多原子分子中两个共价键间分子中两个共价键间的夹角称为键角。键角是决定有机的夹角称为键角。键角是决定有机化合物分子的空间结构和某些性质化合物分子的空间结构和某些性质的重要因素。的重要因素。四、共价键参数常见物质的键角：常见物质的键角：