奥赛第四讲—共价键理论.

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1、第第4讲讲 化学键理论化学键理论1 1离子键离子键2 2共价键共价键(1) (1) 路易斯价键理论路易斯价键理论(2) (2) 电子配对法电子配对法(3) (3) 杂化轨道理杂化轨道理(4) (4) 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论3 3配位键配位键4.4.金属键金属键 2共价键共价键 (1) 路易斯路易斯(Lewis)价键理论价键理论 化合物中的每一个原子都与它所键合的其它原子共用化合物中的每一个原子都与它所键合的其它原子共用 电子，来完成价电子的八隅体电子，来完成价电子的八隅体 (氢为氢为2) 。 Lewis 1875年年10月月25日路易斯出生于美国麻萨日路易斯出生于美国麻萨诸塞州的

2、西牛顿市。他从小聪明过人，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在三岁时，父母就开始在家里让他接受教育。教育。1893年进入著名的哈佛大学学习，年进入著名的哈佛大学学习，1 8 9 6 年 获 理 学 士 学 位 ， 以 后 在年 获 理 学 士 学 位 ， 以 后 在TW理查兹指导下继续研究化学，于理查兹指导下继续研究化学，于1899年年24岁时获哲学博士学位。岁时获哲学博士学位。 路易斯结构式的写法：路易斯结构式的写法： 画出分子或离子的骨架结构画出分子或离子的骨架结构 在每两个成键原子之间画上短线在每两个成键原子之间画上短线(其数目等于成键数其数目等于成键数

3、) 。 孤电子用小黑点表示。孤电子用小黑点表示。 计算成键数：成键数为成键电子数计算成键数：成键数为成键电子数ns的的12 ns = no - nv no：各原子按相应周期稀有气体最外层电子数算的和：各原子按相应周期稀有气体最外层电子数算的和 nv ：各原子的价电子数之和：各原子的价电子数之和 计算孤对电子数：计算孤对电子数： 孤电子对数为未参与成键电子数孤电子对数为未参与成键电子数(nl ) 的的12 其中其中 ， nl = nv ns 将孤对电子分配到各原子，使其周围电子数达到将孤对电子分配到各原子，使其周围电子数达到8 个个(H为为2)，不足时，可画成重键，不足时，可画成重键 (短线数目

4、应等于成键短线数目应等于成键 数数) 画出画出H2O、CO2的路易斯结构式的路易斯结构式 no =8+8+28=32 nv=4+6+27=24 ns = no - nv=32-24=8 成键数成键数=8/2=4 nl = nv ns=24-8=16 孤电子对数孤电子对数=16/2=8 画出结构式：画出结构式： COClCl 例例COCl2(光气光气)的路易斯结构式的路易斯结构式画出画出CO32-的路易斯结构式的路易斯结构式 no =8+38=32 nv=4+362=24 ns = no - nv=32-24=8 成键数成键数=8/2=4 nl = nv ns=24-8=16 孤电子对数孤电子对

5、数=16/2=8 画出结构式：画出结构式： 多电子结构：多电子结构： 为达到稳定结构，成键原子价电子数比八隅体多为达到稳定结构，成键原子价电子数比八隅体多 如：如：POCl3的稳定结构中，的稳定结构中，P原子周围有原子周围有10个价电子，多于个价电子，多于8 缺电子结构：缺电子结构： 为达到稳定结构，成键原子价电子数比八隅体少为达到稳定结构，成键原子价电子数比八隅体少 如：如：BF3的稳定结构中，的稳定结构中，B原子周围只有原子周围只有6个价电子，少于个价电子，少于8 ClPClClOFBFF 形式电荷：形式电荷：原子满足八隅体时多余或缺少的电子数原子满足八隅体时多余或缺少的电子数 QF =

6、nv ns/2 nl 形式电荷形式电荷=价电子数价电子数键数键数未成键电子数未成键电子数 形式电荷为形式电荷为0时最稳定时最稳定 相邻原子的形式电荷为同号时，最不稳定相邻原子的形式电荷为同号时，最不稳定 书写时形式电荷应尽可能小书写时形式电荷应尽可能小 例写出例写出CO的路易斯结构式，并标出形式电荷。的路易斯结构式，并标出形式电荷。 解：解： no= 8 + 8 =16； nv = 4 + 6 = 10 ns = no - nv = 16-10 = 6 成键数成键数 = ns2 = 3 未参与成键的电子数未参与成键的电子数 nl = nv ns = 10-6 = 4 孤电子对数孤电子对数= 4

7、2 = 2 画出结构式：画出结构式：CO C原子应有原子应有5个价电子，比实际有的个价电子，比实际有的4个价电子多个价电子多1个，个， 形式电荷为形式电荷为-1； O原子应有原子应有5个价电子，比实际有的个价电子，比实际有的6个价电子少个价电子少1个，个， 形式电荷为形式电荷为+1 路易斯价键理论的缺陷：路易斯价键理论的缺陷： 路易斯结构式可表示分子中的成键情况，但：路易斯结构式可表示分子中的成键情况，但： 不能说明分子的空间几何构型；不能说明分子的空间几何构型； 八隅规则例外较多；八隅规则例外较多； 无法解释共价键的方向性；无法解释共价键的方向性； 无法解释单电子、叁电子鍵等。无法解释单电子

8、、叁电子鍵等。 1927年英国物理学家海特勒(W Heitler)和德国物理学家伦敦(F London)成功地用量子力学处理量子力学处理H2分子的结构分子的结构。氢分子的形成氢分子的形成 当具有自旋状态当具有自旋状态反平行反平行的的未成对未成对电子的两个氢原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，子相互靠近时，它们之间产生了强烈的吸引作用，形成了共价键形成了共价键,从而形成了稳定的氢分子。从而形成了稳定的氢分子。量子力学从理论上解释了共价键形成原因：量子力学从理论上解释了共价键形成原因：当当核外电子自旋平行核外电子自旋平行的两个氢原子靠近时，两核间的两个氢原子靠近时，两核间电

9、子云密度小，系统能量电子云密度小，系统能量E 始终高于两个孤立氢始终高于两个孤立氢原子的能量之和原子的能量之和Ea+Eb，称为称为推斥态推斥态，不能形成，不能形成H2分子。分子。若若电子自旋反平行的电子自旋反平行的两个氢原子靠近时，两核间的两个氢原子靠近时，两核间的电子云密度大，系统的能量电子云密度大，系统的能量E 逐渐降低，并低于逐渐降低，并低于两个孤立氢原子的能量之和，称为两个孤立氢原子的能量之和，称为吸引态吸引态。自旋方向相同自旋方向相同 自旋方向相反自旋方向相反（2）电子配对法（）电子配对法（VB法）法） 现代价键理论现代价键理论 1931年美国化学家鲍林和斯莱特将其处理H2分子的方法

10、推广应用于其他分子系统而发展成为价键理论(valence bond theory)，简称VB法法或电子配对法电子配对法。鲍林鲍林 Linus Pouling 美国化学家。美国化学家。1901年年2月月28日出生日出生于一个药剂师家中。自幼对父亲于一个药剂师家中。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一级的化学实验并参加老师的研究工作。究工作。1922年毕业于俄勒冈州年毕业于俄勒冈州立大学化工系，加州理工学院攻立大学化工系，加州理

11、工学院攻读化学。读化学。1925年获博士位，曾到年获博士位，曾到欧洲各国作访问学者。欧洲各国作访问学者。1927年回年回到加州大学理工学院，到加州大学理工学院，1931年升年升任教授。任教授。1969年任斯坦福大学化年任斯坦福大学化学教授一职直到退休。学教授一职直到退休。1974年任年任该校荣誉教授。该校荣誉教授。 VB法基本要点法基本要点*自旋相反的未成对电子自旋相反的未成对电子相互配对时，此时系统的能量最相互配对时，此时系统的能量最低，可以形成稳定的共价键。低，可以形成稳定的共价键。*若若AB两原子各有一未成对电子且自旋反平行，则互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