[化学奥赛]第二讲：化学键与分子结构.ppt

1、离子键 离子键(ionic bond)理论是1916年德国化学家柯塞尔(W.Kossel)提出的，他认为原子在反应中失去或得到电子以达到稀有气体的稳定结构，由此形成的正离子(positive ion)和负离子(negative ion)以静电引力相互吸引在一起。 离子键的本质就是正、负离子间的静电作用。 Lewis 1875年10月25日路易斯出生于美国麻萨诸塞州的西牛顿市。他从小聪明过人，在三岁时，父母就开始在家里让他接受教育。1893年进入著名的哈佛大学学习，1896年获理学士学位，以后在T．W．理查兹指导下继续研究化学，于1899年24岁时获哲学博士学位。 氢分子的形成 当具有自旋状态反平行的未成对电子的两个氢原子相互靠近时，它们之间产生了强烈的吸引作用，形成了共价键,从而形成了稳定的氢分子。 量子力学对氢分子结构的处理阐明了共价键的本质是电性的。 由于两个氢原子的1s原子轨道互相叠加，两个?1s 都是正值，叠加后使核间的电子云密度加大，这叫做原子轨道的重叠，在两个原子之间出现了一个电子云密度较大的区域。 一方面降低了两核间的正电排斥，另一方面又增强了两核对电子云密度大的区域的吸引，这都有利于体系势能的降低，有利于形成稳定的化学键。 鲍林 Linus Pouling 美国化学家。1901年2月28日出生于一个药剂师家中。自幼对父亲在药房配药发生兴趣。在中学时代他就喜欢做化学实验。由于化学成绩优秀，老师破格让他做高一级的化学实验并参加老师的研究工作。1922年毕业于俄勒冈州立大学化工系，加州理工学院攻读化学。1925年获博士位，曾到欧洲各国作访问学者。1927年回到加州大学理工学院，1931年升任教授。1969年任斯坦福大学化学教授一职直到退休。1974年任该校荣誉教授。 VB法基本要点 *自旋相反的未成对电子相互配对时，因其波函数符号相同，此时系统的能量最低，可以形成稳定的共价键。 *若A﹑B两原子各有一未成对电子且自旋反平行，则互相配对构成共价单键，如H—H单键。如果A、B两原子各有两个或三个未成对电子，则在两个原子间可以形成共价双键或共价三键。如N≡N分子以三键结合，因为每个N原子有3个未成对的2p电子。 *若原子A有能量合适的空轨道，原子B有孤电子对，原子B的孤电子对所占据的原子轨道和原子A的空轨道能有效地重叠，则原子B的孤电子对可以与原子A共享，这样形成的共价键称为共价配键，以符号A?B表示。 共价键的特征 有饱和性——未成对电子决定 有方向性——电子云重叠最大的方向即共价键的方向。 共价键性质 头碰头——σ键 肩并肩——π键 π键的重叠程度不及σ键，键能较小，键的活泼性较大。 所有共价单键均为σ键，共价双键中有一个σ键和一个π键。 普通σ键和π键为 定域键，多个原子 间构成的大π键为 离域键。 1） 键能 键能(E)：在标准状态下将气态分子AB(g)解离为气态原子A(g)、B(g)所需要的能量(kJ?mol?1)。 其数值通常用一定温度下该反应的标准摩尔反应焓变表示，即： AB(g) ? A (g) + B (g) ?rH?m=E(A—B) A与B之间的化学键可以是单键、双键或三键。 双原子分子，键能E(A—B)等于键的解离能D(A—B)，可直接从热化学测量中得到。例如， Cl2(g) ? 2Cl(g) ?rH?m,298.15(Cl2) = E(Cl2) = D(Cl2) = 247kJ?mol?1 2） 键长 键长(bond length)——两原子间形成稳定的共价键时所保持着一定的平衡距离，符号l，单位m或pm。 在不同分子中，两原子间形成相同类型的化学键时，键长相近，它们的平均值，即为共价键键长数据。 键长数据越大，表明两原子间的平衡距离越远，原子间相互结合的能力越弱。如H―F，H―Cl，H―Br，H―I 的键长依次增长，键的强度依次减弱，热稳定性逐个下降 3） 键角 键角（bond angle）:分子中相邻的共价键之间的夹角称为键角。 知道了某分子内全部化学键的键长和键角的数据，便可确定这些分子的几何构型。 等性杂化——形成能量相等、空间分布对称的杂化轨道的过程，相应的轨道为等性杂化轨道。参与杂化的每个原子轨道均有未成对的单电子的体系一般进行等性杂化。 不等性杂化——形成能量相等、空间分布不完全对称的杂化轨道的过程，对应轨道为不等性杂化轨道。参与杂化的原子轨道除有未成对的单电子原子轨道外还有成对电子的原子轨道的体系进行不等性杂化。如N，O等原子等。 C原子不同杂化轨道的特点： 所用P轨道数目不同： CH4中，SP3杂化动用了3个P轨道，甲烷的四个键完全相同，均为σ键。 CH2=CH2中，SP2杂化的用了2个P轨道， 形成σ键，另一个以原来的P轨道与另一个C原