共价键与分子间力.doc

共价键与分子间力
内容提要
1. 现代价键理论
①氢分子的形成
②现代价键理论的要点
③共价键的类型
④键参数
2. 杂化轨道理论
①杂化轨道理论的要点
②轨道杂化类型及实例
价层电子对互斥理论
4. 分子轨道理论简介
①分子轨道理论的要点
②分子轨道理论的应用
5. 分子间的作用力
①分子的极性与分子的极化
② van derWaals力
③氢键
现代价键理论
一、氢分子的形成
量子力学表明:氢分子的形成是两个H原子1s轨道重叠的结果。
当2个1s电子自旋方向相反时,两个1s轨道有效重叠,形成共价键。
当两个H原子互相靠近时,原子轨道互相重叠,核间电子云密度增大,系统的能量随之降低。
Ø 当核间距r达到87 pm时,系统能量最低,形成稳定的共价键。
Ø 继续靠近,核间排斥能增大,两个H原子接近时的能量变化曲线能量升高,系统不稳定。
当2个1s电子自旋方向相同时,核间排斥能随着核间距的减小而增大,能量升高,系统不稳定。
同时电子自旋方向相同时,轨道重叠部分的波函数ψ值相减,互相抵消,核间电子的概率密度几乎为零,两个氢原子不能形成化学。
共价键的本质是电性的,是两核间的电子云密集区对两核的吸引力。
成键的一对电子围绕两个原子核运动,只不过在两核间出现的概率大而已,而不是正、负离子间的库仑引力,所以它不同于一般的静电作用。

1930年,Pauling和Slater将氢分子的研究结果推广到其
它分子,提出了现代价键理论:
1. 自旋相反的单电子才能配对成键———共价键形成的必要条件(一对电子形成一个共价键);
2. 单电子数目决定原子能形成的共价键数目———共价键的饱和性(形成的共价键愈多分子愈稳定);
(a)如果A原子和B原子各有一个自旋相反的未成对电子,则可以互相配对形成共价单键。(b)如果A原子和B原子各有两个或三个未成对电子,则自旋相反的单电子可以两两配对形成共价双键或三键。
(c)如果A原子有两个单电子,B原子只有
一个单电子,则一个A可以和两个B形成AB2
型分子。如H2O。
3. 成键时,两原子轨道重叠愈多,两核间电子云愈密集,形成的共价键愈牢固,所以共价键的形成遵循“原子轨道最大重叠原理”。
共价键的形成将尽可能沿着原子轨道最大程度重叠的方向进行。——共价键的方向性。
原子轨道有正值和负值,只有同号重叠才是有效重叠。
各原子轨道在空间分布方向是固定的,为了满足轨道最大程度重叠,原子间形成的共价键当然有方向性。
(一)σ键和π键
根据原子轨道最大重叠原理,成键时轨道之间可有两种不同的重叠形式,对应两种类型的共价键
——σ键和π键
σ键:原子轨道沿键轴(成键核间连线,设为x轴)以“头碰头”方式重叠,形成σ共价键。如s-s、s-px 和px-px 轨道重叠。重叠部分沿键轴呈圆柱形对称分布,将成键轨道沿着键轴旋转任意角度,图形及符号均保持不变。
π键:两个相互平行的原子轨道以“肩并肩”方式进行重叠,形成π键。:重叠部分垂直于键轴并呈镜面反对称分布(原子轨道在镜面两边波瓣的符号相反)。成键轨道绕键轴(x轴)旋转180度时,图形复原,但符号相反。
σ键特点:
•σ键的轨道重叠程度比π键的轨道重叠程度大,因而σ键比π键牢固。
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