物质结构学习教案.pptx

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1、会计学1物质物质(wzh)结构结构第一页，共86页。二、波函数与原子轨道二、波函数与原子轨道二、波函数与原子轨道二、波函数与原子轨道1.1.薛定谔方程薛定谔方程 1926 1926年，奥地利物理学家薛定谔，根据波粒二象性概念年，奥地利物理学家薛定谔，根据波粒二象性概念(ginin)(ginin)提出了描述微观粒子运动状态的方程式，称为薛定谔方程。提出了描述微观粒子运动状态的方程式，称为薛定谔方程。波函数，解方程可求得 和E第2页/共86页第二页，共86页。波波函函数数：是是描描述述核核外外电电子子空空间间运运动动状状态态的的数数学学函函数数式式，它它是是空空间间坐坐标标的的函函数数。电电子子在

2、在核核外外运运动动，有有一一系系列列的的空空间间运运动动状状态态，一一个个波波函函数数表表示示电电子子的的一一种种运运动动状状态态，每每一一个个特特定定状态就有一个相应的波函数。状态就有一个相应的波函数。原原子子轨轨道道：即即电电子子运运动动的的区区域域，这这个个区区域域称称为为(chnwi)原原子子轨轨道道。原原子子轨轨道道是是电电子子在在核核外外空空间间运运动动的的区区域域，没没有有确确定定的的轨轨迹迹，这这与与经经典典力力学学中中的的轨轨道道（如如火火车车轨轨道道、卫卫星星轨轨道）有本质区别。道）有本质区别。波函数与原子轨道常作同义词混用。波函数与原子轨道常作同义词混用。第3页/共86页

3、第三页，共86页。概概率率：电电子子在在核核外外空空间间某某一一区区域域内内出出现现的的机机会会称称为为概概率率。出现的机会多，概率大，反之，概率小。出现的机会多，概率大，反之，概率小。概概率率密密度度：电电子子在在核核外外空空间间某某处处单单位位(dnwi)微微体体积积内内出出现的概率叫概率密度。现的概率叫概率密度。电电子子云云：为为了了形形象象的的表表示示核核外外电电子子运运动动的的概概率率分分布布情情况况，化化学学上上惯惯用用小小黑黑点点分分布布的的疏疏密密来来表表示示电电子子出出现现几几率率的的相相对对大大小小。小小黑黑点点较较密密的的地地方方，电电子子在在该该点点概概率率密密度度较较

4、大大，单单位位(dnwi)体体积积内内电电子子出出现现的的机机会会就就多多。这这种种概概率率密密度度分分布布形形象化表示的图形称为电子云。象化表示的图形称为电子云。三三、概率密度和电子云概率密度和电子云第4页/共86页第四页，共86页。氢原子氢原子1s电子云电子云 第5页/共86页第五页，共86页。S、p、d轨道(gudo)的角度分布图（剖面图）第6页/共86页第六页，共86页。s、p、d轨道(gudo)的电子云角度分布图 第7页/共86页第七页，共86页。电子的运动状态(zhungti)可用波函数或原子轨道来描述，对给定的电子来说，它在一定的原子轨道上运动，这个原子轨道离核有多远，能量有多大

5、？形状怎样？它在空间的伸展方向如何？以上三个问题即原子轨道的能量、形状、取向可用三个参数来表示，这些参数都是量子化的，叫做量子数。当三个量子数（n,m,l）取值一定时，就确定了一个波函数 或一条原子轨道，也就确定了核外电子的一种空间运动状态(zhungti)。因此，人们常用这三个量子数来描述核外电子运动。后来人们用更精密的分光镜发现核外电子除空间运动之外还有一种“自旋运动”，用自旋量子数ms表示。四、四个量子数四、四个量子数第8页/共86页第八页，共86页。四个量子数四个量子数 第9页/共86页第九页，共86页。如：如：n=3,l=0(3s n=3,l=0(3s亚层，亚层，s s亚层只有一个球

6、形的亚层只有一个球形的s s轨道轨道(gu(gu do)do)，m=0m=0，一种取向；为一种取向；为3s3s轨道轨道(gu(gu do)do)。n=3,l=1(3p n=3,l=1(3p亚层，亚层，p p亚层有三个亚层有三个p p轨道轨道(gu(gu do)do)，m=0,1m=0,1，三种取向。三种取向。n=3,l=2 n=3,l=2（3d3d亚层，亚层，d d亚层有五个亚层有五个d d轨道轨道(gu(gu do)do)），），m=0,1,m=0,1,22，五种取向。，五种取向。n=3,l=3 n=3,l=3（不存在，是错误的。）（不存在，是错误的。）等价轨道等价轨道(gu(gu do)(

7、do)(简并轨道简并轨道(gu(gu do)do)：指：指n,ln,l相同，相同，mm不同的原子轨不同的原子轨道道(gu(gu do)do)，或能量相同的各原子轨道，或能量相同的各原子轨道(gu(gu do)do)。如。如3p3p亚层的三亚层的三个个p p轨道轨道(gu(gu do)do)就是等价轨道就是等价轨道(gu(gu do)do)。第10页/共86页第十页，共86页。3 32 2 原子核外电子排布原子核外电子排布原子核外电子排布原子核外电子排布(pi b)(pi b)与元素周与元素周与元素周与元素周期律期律期律期律 1.1.多电子原子多电子原子多电子原子多电子原子(yunz(yunz)

8、的能级的能级的能级的能级第11页/共86页第十一页，共86页。3 32 2 原子核外电子原子核外电子原子核外电子原子核外电子(h wi din z(h wi din z)排布与元排布与元排布与元排布与元素周期律素周期律素周期律素周期律 1.1.多电子原子多电子原子多电子原子多电子原子(yunz(yunz)的能级的能级的能级的能级Pauling近似近似(jn s)能级图能级图 第12页/共86页第十二页，共86页。鲍林近似能级图中圆圈表示原子轨道，按轨道能量鲍林近似能级图中圆圈表示原子轨道，按轨道能量高低顺序依次高低顺序依次(yc)(yc)排列。一个能级组排列。一个能级组(在鲍林近似能级在鲍林近

9、似能级图的同一方框中图的同一方框中)，是一组能量相近的原子轨道。相邻，是一组能量相近的原子轨道。相邻能级组之间能量差较大。能级组的划分与元素周期表中能级组之间能量差较大。能级组的划分与元素周期表中划分的七个周期一致，体现了元素周期系中元素划分为划分的七个周期一致，体现了元素周期系中元素划分为周期的本质原因是原子轨道的能量关系。周期的本质原因是原子轨道的能量关系。第13页/共86页第十三页，共86页。由图可知：由图可知：l l 相同时，相同时，n n越大能级越高，如越大能级越高，如E1sE1sE2sE2sE3sE3s，E2pE2pE3pE3pE4pE4p；n n 相同时，相同时，l l 越大能级

10、越高，如越大能级越高，如EnsEnsEnpEnpEndEndEnfEnf；n n和和l l均不同时，用（均不同时，用（n n0.7l0.7l）判断，如）判断，如E4sE4sE3dE3d，E5sE5sE4dE4d，E6sE6sE4fE4fE5dE5d，这就是，这就是(jish)“(jish)“能级交错能级交错”。第14页/共86页第十四页，共86页。（1）泡利不相容原理：）泡利不相容原理：在一个原子中不可能有在一个原子中不可能有4个量子数完全相同的电子存在。所以同一原子轨道（个量子数完全相同的电子存在。所以同一原子轨道（n,l,m一定）中最多可容纳两个电子，而且自旋必须相反。一定）中最多可容纳两

11、个电子，而且自旋必须相反。从泡利原理可确定每个电子层（从泡利原理可确定每个电子层（n相同）可允许的轨道数为相同）可允许的轨道数为2n2。列表。列表(libio)如下：如下：2.核外电子排布核外电子排布(pi b)规规则则第15页/共86页第十五页，共86页。第16页/共86页第十六页，共86页。（2）能量最低原理：）能量最低原理：在不违背泡利原理的条件在不违背泡利原理的条件(tiojin)下，电子的排布总是优先占据能量最低的轨道。下，电子的排布总是优先占据能量最低的轨道。第17页/共86页第十七页，共86页。（3 3）洪特规则：）洪特规则：）洪特规则：）洪特规则：电子在等价轨道（电子在等价轨道

12、（电子在等价轨道（电子在等价轨道（n n与与与与l l相同相同相同相同,m,m不同）上排布时尽不同）上排布时尽不同）上排布时尽不同）上排布时尽可能以自旋平行的方向分占不同的轨道。可能以自旋平行的方向分占不同的轨道。可能以自旋平行的方向分占不同的轨道。可能以自旋平行的方向分占不同的轨道。例如例如例如例如(lr)(lr)：NN原子的原子的原子的原子的2p2p轨道上有轨道上有轨道上有轨道上有3 3个电子，则必个电子，则必个电子，则必个电子，则必分占分占分占分占pxpx，pypy和和和和pzpz轨道，且自旋平行。轨道，且自旋平行。轨道，且自旋平行。轨道，且自旋平行。等价轨道在全空（等价轨道在全空（等价

13、轨道在全空（等价轨道在全空（p0,d0,f0p0,d0,f0）、全满）、全满）、全满）、全满(p6,d6,f14)(p6,d6,f14)、半满半满半满半满(p3,d5,f7)(p3,d5,f7)时是稳定的。时是稳定的。时是稳定的。时是稳定的。例如例如例如例如(lr)(lr)：3 3个个个个p p轨道上有轨道上有轨道上有轨道上有6 6个、个、个、个、3 3个或没有电子个或没有电子个或没有电子个或没有电子时是稳定结构。时是稳定结构。时是稳定结构。时是稳定结构。第18页/共86页第十八页，共86页。基态原子：原子中的电子按电子排布三原则并结合基态原子：原子中的电子按电子排布三原则并结合基态原子：原子

14、中的电子按电子排布三原则并结合基态原子：原子中的电子按电子排布三原则并结合鲍林近似能级图排布，此时该原子处于最低能量状鲍林近似能级图排布，此时该原子处于最低能量状鲍林近似能级图排布，此时该原子处于最低能量状鲍林近似能级图排布，此时该原子处于最低能量状态。任何态。任何态。任何态。任何(rnh)(rnh)原子基态结构只有一种。原子基态结构只有一种。原子基态结构只有一种。原子基态结构只有一种。激发态原子：比基态能量更高的结构状态。激发态激发态原子：比基态能量更高的结构状态。激发态激发态原子：比基态能量更高的结构状态。激发态激发态原子：比基态能量更高的结构状态。激发态结构可以有很多种。结构可以有很多种

15、。结构可以有很多种。结构可以有很多种。元素原子的电子结构有三种表示方式：元素原子的电子结构有三种表示方式：元素原子的电子结构有三种表示方式：元素原子的电子结构有三种表示方式：电子排布式、轨道表示式、量子数表示电子排布式、轨道表示式、量子数表示电子排布式、轨道表示式、量子数表示电子排布式、轨道表示式、量子数表示3.元素原子的电子元素原子的电子(dinz)排布式（电子排布式（电子(dinz)结构）结构）第19页/共86页第十九页，共86页。按电子在各亚层中分布情况表示。如Mn（24号元素）原子的电子排布式为1s22s22p33s23p63d54s2，其中划线部分为稀有气体原子Ar电子结构，化学中一

16、般(ybn)只是价电子发生变化，故为简洁可写成Ar3d54s2，价层电子构型为3d54s2 107种元素基态原子电子排布情况后表已给出。见P44表3-2。（1）电子）电子(dinz)排布式排布式第20页/共86页第二十页，共86页。虽然电子排布的先后顺序虽然电子排布的先后顺序4s4s先于先于3d3d，但写电子排布时，要把，但写电子排布时，要把3d3d写在写在4s4s前前同同3s3s，3p3p一起写；一起写；由于原子在化学反应时，通常只价层电子发生变化，故不必写出完整由于原子在化学反应时，通常只价层电子发生变化，故不必写出完整(wnzhng)(wnzhng)的电子排布式，只需写出原子的价层电子排

17、布即可。即最的电子排布式，只需写出原子的价层电子排布即可。即最高能级组中价电子（能用于成键的电子）能级上的电子排布式。高能级组中价电子（能用于成键的电子）能级上的电子排布式。把价电子层以内已达稀有气体电子结构的部分称为把价电子层以内已达稀有气体电子结构的部分称为“原子实原子实”，用该稀有，用该稀有气体符号加方括号表示。如：气体符号加方括号表示。如：24Cr24Cr是在是在1818号号ArAr基础上加基础上加6 6个个e e，故，故24Cr24Cr电子排布式简写为电子排布式简写为Ar3d54s1Ar3d54s1。注意注意(zh y)第21页/共86页第二十一页，共86页。按电子在核外原子轨道中的

18、分布情况，用用一个圆按电子在核外原子轨道中的分布情况，用用一个圆圈或方格表示圈或方格表示(bi(bi osh)osh)一个原子轨道（等价轨道的圆一个原子轨道（等价轨道的圆圈或方格连在一起），用向上或向下的箭头表示圈或方格连在一起），用向上或向下的箭头表示(bi(bi osh)osh)电子的自旋状态。电子的自旋状态。例如：例如：NN原子原子 （2）轨道）轨道(gudo)表示式表示式第22页/共86页第二十二页，共86页。按电子所处的状态用整套(zhngto)量子数表示。如15P(Ne3s23p3)，则 3s2的这2个电子用整套(zhngto)量子数表示为：3,0,0,+1/2；3,0,0,-1/

19、2；3p3的这3个电子用整套(zhngto)量子数表示为：3,1,-1,+1/2；3,1,0,+1/2；3,1,1,+1/2；（3）量子数表示）量子数表示(biosh)第23页/共86页第二十三页，共86页。元素周期表：元素周期表：元素周期表是原子核外排布周期性规律元素周期表是原子核外排布周期性规律(gul)的表现形式。周期表按原子序数（亦即核电荷数）排列。的表现形式。周期表按原子序数（亦即核电荷数）排列。4.原子的电子层结构原子的电子层结构(jigu)与元素周期表与元素周期表第24页/共86页第二十四页，共86页。(1)周周期期(zhuq)共共7 7个周期：与周期表的行对应。第个周期：与周期

20、表的行对应。第1 1周期只有周期只有2 2个元素为个元素为特短周期；第特短周期；第2,32,3周期各有周期各有8 8个为短周期；第个为短周期；第4,54,5周期各有周期各有1818个为长周期；第个为长周期；第6 6周期有周期有3232个为特长周期；第个为特长周期；第7 7周期预周期预测有测有3232个，现有个，现有2626个为不完全周期；个为不完全周期；周期数周期数=能级能级(nngj)(nngj)组数组数=电子层数电子层数=原子最外层电原子最外层电子的主量子数子的主量子数周期表中各周期总是从周期表中各周期总是从nsns轨道开始，到轨道开始，到npnp轨道结束，最轨道结束，最外层外层(n(n层

21、层)电子数最多不超过电子数最多不超过8 8个个(ns2np6)(ns2np6)，次外层，次外层(n-(n-1)1)层层 最多不超过最多不超过1818个个(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10。第25页/共86页第二十五页，共86页。(2)族族共共1616个族：与周期表的列对应。个族：与周期表的列对应。7 7个主族个主族(A(A族族)，7 7个个副族副族(B(B 族族)，1 1个个0 0族族(稀有气体稀有气体)，1 1个个 族族(三个纵行三个纵行)。主族元素：主族元素：IA IAVIIAVIIA，族数，族数=价电子数，价电子构型价电子数，价电子构

22、型为为ns1ns12 2或或ns2 np1ns2 np15 5。副族元素：副族元素：IB,IIB IB,IIB族数族数=ns=ns电子数；电子数；IIIBVIIBIIIBVIIB族数族数=(n-=(n-1)d+ns1)d+ns电子数电子数(镧系镧系,锕系除外锕系除外(chwi)(chwi)，VIIIVIII族族(n-(n-1)d+ns1)d+ns电子数等于电子数等于8 8、9 9、1010；价电子构型为；价电子构型为(n-1)d1(n-1)d110 10 ns0ns02 2。0 0族元素：稀有气体族。最外层电子已填满，价电子构族元素：稀有气体族。最外层电子已填满，价电子构型为型为ns2ns2或

23、或ns2 np6ns2 np6。第26页/共86页第二十六页，共86页。元素除了(ch le)按周期和族分类外还可根据原子的价电子构型把周期表分为五个区。s区区,p区区元元素素(yuns)为为主主族族元元素素(yuns)，s区区全全是是金金属属元元素素(yuns)，p区区有有金金属属和和非非金金属属元元素素(yuns)，d、ds、f区区元元素素(yuns)，为为副副族族元元素素(yuns)，并均为金属元素，并均为金属元素(yuns)。区 s p d ds f价电子构型 ns12 ns2np16(n-1)d19ns12 或(n-1)d10ns0(n-1)d10ns12 (n-2)f114(n-1

24、)d02ns2 族IA,IIA IIAVIIIA IIIBVIII IB,IIB 镧系、锕系元素(3)区区第27页/共86页第二十七页，共86页。1.原子半径原子半径(r)把把晶晶体体（或或分分子子）中中相相邻邻两两个个原原子子核核间间距距(jinj)离的一半称为原子半径。离的一半称为原子半径。（1）金金属属半半径径：是是指指金金属属晶晶体体中中相相邻邻的的两两个个原子核间距原子核间距(jinj)的一半。的一半。（2）共共价价半半径径：是是指指某某一一元元素素的的两两个个原原子子以以共价键结合时，两核间距共价键结合时，两核间距(jinj)的一半。的一半。（3）范范德德华华半半径径：是是指指两两

25、个个原原子子只只靠靠范范德德华华力力（分分子子间间作作用用力力）互互相相吸吸引引时时，它它们们原原子子间间距距(jinj)的一半。的一半。33 元素元素(yun s)性质的周期性性质的周期性第28页/共86页第二十八页，共86页。共价半径共价半径(a)和金属和金属(jnsh)半半径径(b)示意图示意图 ab第29页/共86页第二十九页，共86页。同同周周期期：在在短短周周期期中中，原原子子半半径径逐逐渐渐减减小小。到到稀稀有有气气体体半半径径突突然然增增大大，因因它它们们是是范范德德华华半半径径之之故故；在在长长周周期期中中，主主族族元元素素(yun s)原原子子半半径径的的递递变变规规律律和

26、和短短周周期期相相似似。副副族族元元素素(yun s)原原子子半半径径递变缓慢。递变缓慢。同同 族族：从从上上至至下下增增大大（电电子子层数增大层数增大）原子原子(yunz)半径的变化规律半径的变化规律第30页/共86页第三十页，共86页。原子在化合物中吸引成键电子能力的相对强弱以电负性来表示，电负性越大，其原子吸引成键电子能力越强，非金属性越强，反之(fnzh)金属性越强。常用=2近似的标志金属和非金属性。2.电负性电负性()第31页/共86页第三十一页，共86页。同周期：从左至右增大同周期：从左至右增大同周期：从左至右增大同周期：从左至右增大(zn(zn d)d)，稀有气体是同周期，稀有气

27、体是同周期，稀有气体是同周期，稀有气体是同周期中最高的。中最高的。中最高的。中最高的。同同同同 族：族：族：族：A A族从上至下减小，族从上至下减小，族从上至下减小，族从上至下减小，B B族从上至下增加。族从上至下增加。族从上至下增加。族从上至下增加。常用常用常用常用 来判断化学键性质。来判断化学键性质。来判断化学键性质。来判断化学键性质。大的元素之间的化学大的元素之间的化学大的元素之间的化学大的元素之间的化学键以离子键为主，键以离子键为主，键以离子键为主，键以离子键为主，相近的金属元素之间的化学键相近的金属元素之间的化学键相近的金属元素之间的化学键相近的金属元素之间的化学键以金属键为主，以金

28、属键为主，以金属键为主，以金属键为主，相近的非金属元素之间的化学键以相近的非金属元素之间的化学键以相近的非金属元素之间的化学键以相近的非金属元素之间的化学键以共价键为主。共价键为主。共价键为主。共价键为主。电负性变化规律电负性变化规律第32页/共86页第三十二页，共86页。3.3.元素元素元素元素(yun s)(yun s)的的的的氧化值氧化值氧化值氧化值 定义：当分子中原子之间的共用电子对被指定属定义：当分子中原子之间的共用电子对被指定属于电负性较大的原子后，各原子所带的形式电荷数于电负性较大的原子后，各原子所带的形式电荷数就是氧化值。就是氧化值。元素的氧化值与其价电子构型有关。由于元素价元

29、素的氧化值与其价电子构型有关。由于元素价电子构型是周期性地重复电子构型是周期性地重复(chngf)(chngf)，所以元素的最，所以元素的最高氧化值也是周期性地重复高氧化值也是周期性地重复(chngf)(chngf)。元素参加化学反应时，可达到的最高氧化值等于元素参加化学反应时，可达到的最高氧化值等于价电子总数，也等于所属族数价电子总数，也等于所属族数 。第33页/共86页第三十三页，共86页。3.4 3.4 化学键化学键化学键化学键一、离子键一、离子键一、离子键一、离子键1.1.离子键的形成离子键的形成离子键的形成离子键的形成1 1）电负性小的活泼金属和电负性大的活泼非金属相遇，）电负性小的

30、活泼金属和电负性大的活泼非金属相遇，）电负性小的活泼金属和电负性大的活泼非金属相遇，）电负性小的活泼金属和电负性大的活泼非金属相遇，发生电子转移发生电子转移发生电子转移发生电子转移(zhu(zhu ny)ny)，形成正、负离子，均达到，形成正、负离子，均达到，形成正、负离子，均达到，形成正、负离子，均达到稀有气体结构。稀有气体结构。稀有气体结构。稀有气体结构。2 2）正、负离子借静电引力相互靠近，当正、负离子靠近）正、负离子借静电引力相互靠近，当正、负离子靠近）正、负离子借静电引力相互靠近，当正、负离子靠近）正、负离子借静电引力相互靠近，当正、负离子靠近到吸引力和排斥力相等时，整个体系的能量降

31、到最低，到吸引力和排斥力相等时，整个体系的能量降到最低，到吸引力和排斥力相等时，整个体系的能量降到最低，到吸引力和排斥力相等时，整个体系的能量降到最低，于是就形成了离子键。于是就形成了离子键。于是就形成了离子键。于是就形成了离子键。第34页/共86页第三十四页，共86页。以NaCl的形成(xngchng)为例：第35页/共86页第三十五页，共86页。正负离子靠近正负离子靠近(kojn)时的势能时的势能曲线曲线 第36页/共86页第三十六页，共86页。离子键：这种原子间发生电子转移离子键：这种原子间发生电子转移(zhu(zhu ny)ny)，形成正、负离子，然后正、负离子间由静电引力形成正、负离

32、子，然后正、负离子间由静电引力形成的化学键称为离子键。形成的化学键称为离子键。离子化合物：由离子键形成的化合物。离子化合物：由离子键形成的化合物。第37页/共86页第三十七页，共86页。离子键的特征离子键的特征(tzhng)离子键的本质离子键的本质离子键的本质离子键的本质(bnzh)(bnzh)是阴、阳离子间的静电引力；是阴、阳离子间的静电引力；是阴、阳离子间的静电引力；是阴、阳离子间的静电引力；离子键无饱和性、无方向性；离子键无饱和性、无方向性；离子键无饱和性、无方向性；离子键无饱和性、无方向性；离子键具有部分共价性。离子键具有部分共价性。离子键具有部分共价性。离子键具有部分共价性。第38页

33、/共86页第三十八页，共86页。离子键不能说明H2,O2,HCl 等分子的形成，为了说明这些分子的形成，1916年Lewis 提出了共价键理论。Lewis 认为：分子中原子通过共用电子对结合(jih)在一起，从而使分子中每个原子达到稀有气体的稳定结构。如如ClClHH二、共价键二、共价键共价键：原子间靠共用共价键：原子间靠共用(n yn)电子对而形成的化学键。电子对而形成的化学键。第39页/共86页第三十九页，共86页。1.共价键的形成共价键的形成(xngchng)：以：以H2的形成的形成(xngchng)为例为例E0DRro 当两个电子自旋相同当两个电子自旋相同H原子中彼此接近时，两原子中彼

34、此接近时，两个原子轨道异号叠加，核间电子概率密度减小，增个原子轨道异号叠加，核间电子概率密度减小，增加了两核间的斥力，系统能量升高，处于不稳定加了两核间的斥力，系统能量升高，处于不稳定(wndng)态，为排斥态；态，为排斥态；当两个电子自旋相反当两个电子自旋相反H原子中彼此接近时，原子中彼此接近时，两个原子轨道发生重叠，核间电子概率密度增两个原子轨道发生重叠，核间电子概率密度增大，两个氢原子核都被核间概率密度较大的电大，两个氢原子核都被核间概率密度较大的电子云所吸引，系统能量降低。当核间距子云所吸引，系统能量降低。当核间距 r074 pm时，能量达到最低点，形成稳定时，能量达到最低点，形成稳定

35、(wndng)分子。分子。E0DRro第40页/共86页第四十页，共86页。2.价键理论价键理论(lln)的要的要点点能量最低原理能量最低原理电子配对电子配对(pidu)原理：自旋方向相反的成单电子的原子相互靠近，通过原子轨道重叠使体系能量降低，电子相互配对原理：自旋方向相反的成单电子的原子相互靠近，通过原子轨道重叠使体系能量降低，电子相互配对(pidu)形成共价键；形成共价键；原子轨道最大重叠原理：成键电子的原子轨道发生重叠时，总是尽可能的最大程度重叠，以尽量降低体系能量。原子轨道最大重叠原理：成键电子的原子轨道发生重叠时，总是尽可能的最大程度重叠，以尽量降低体系能量。第41页/共86页第四

36、十一页，共86页。3.共价键的特征共价键的特征(tzhng)具有具有(jyu)饱和性饱和性具有具有(jyu)方向性方向性第42页/共86页第四十二页，共86页。共价键的方向性和饱和共价键的方向性和饱和(boh)性性共价键的数目由原子中单电子共价键的数目由原子中单电子(dinz)数决定，包括数决定，包括原有的和激发而生成的。原有的和激发而生成的。例如氧有两个单电子例如氧有两个单电子(dinz)，H有一个单电子有一个单电子(dinz)，所以结合成水分子时，只能形成，所以结合成水分子时，只能形成2个共价键。个共价键。C最多能与最多能与4个个H形成共价键。原子中单电子形成共价键。原子中单电子(dinz

37、)数决定了共价键的数目。即为共价键的饱和性。数决定了共价键的数目。即为共价键的饱和性。各原子轨道在空间分布方向是固定的，为了满足轨道的各原子轨道在空间分布方向是固定的，为了满足轨道的最大程度重叠最大程度重叠(chngdi)，原子间成的共价键，当然要具有，原子间成的共价键，当然要具有方向性。方向性。第43页/共86页第四十三页，共86页。HClHCl、F2F2分子形成分子形成分子形成分子形成(xngchng)(xngchng)过程中的轨道重叠与过程中的轨道重叠与过程中的轨道重叠与过程中的轨道重叠与取向取向取向取向 第44页/共86页第四十四页，共86页。以以HCl为例为例:+1sz+3pzzCl

38、的的3pz和和H的的1s轨道重叠，只有沿着轨道重叠，只有沿着z轴重叠，才能保证最轴重叠，才能保证最大程度的重叠，而且大程度的重叠，而且(rqi)不改变原有的对称性。不改变原有的对称性。第45页/共86页第四十五页，共86页。Cl2分子分子(fnz)中成键的原子轨道，也要保持对称性和最大程中成键的原子轨道，也要保持对称性和最大程度的重叠。度的重叠。pzzpz+z+第46页/共86页第四十六页，共86页。4.共价键的类型共价键的类型(lixng)（1）按成键轨道与键轴（成键的两个原子核间的连线）按成键轨道与键轴（成键的两个原子核间的连线）之间的关系之间的关系(gunx)，分为，分为键和键和键：键：

39、键：成键轨道的键：成键轨道的“头碰头头碰头(pngtu)”重叠，将成键轨重叠，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。道沿着键轴旋转任意角度，图形及符号均保持不变。+如如HCl分子中的分子中的3p和和1s的成键，的成键，和和Cl2中的中的3p和和3p的成键的成键。+第47页/共86页第四十七页，共86页。键的键的3种构成种构成(guchng)方式方式 第48页/共86页第四十八页，共86页。键：成键轨道的键：成键轨道的“肩并肩肩并肩”重叠，成键轨道绕键轴旋转重叠，成键轨道绕键轴旋转180时，图形时，图形(txng)复原，但符号变为相反。复原，但符号变为相反。例如两个例如两个px沿

40、沿z轴方向重叠的情况。轴方向重叠的情况。xx+pxz绕键轴旋转绕键轴旋转180+第49页/共86页第四十九页，共86页。两个两个(lin)p轨道轨道“肩并肩肩并肩”形形成成键键 第50页/共86页第五十页，共86页。N2分子中两个原子各有三个单电子分子中两个原子各有三个单电子，pxpypz沿沿z轴成键时，轴成键时，pz与与pz“头碰头头碰头”形成一个形成一个 键键。此时，。此时，px和和px，py和和py以以“肩并肩肩并肩”形式重叠，形成两个形式重叠，形成两个 键。键。所以所以N2分子的分子的3键中，有键中，有1个个 键，键，2个个 键键。第51页/共86页第五十一页，共86页。（2 2）按键

41、）按键）按键）按键(n jin)(n jin)的极性分为非极性共价键和极性共价键的极性分为非极性共价键和极性共价键的极性分为非极性共价键和极性共价键的极性分为非极性共价键和极性共价键非极性共价键：非极性共价键：非极性共价键：非极性共价键：化学键中正化学键中正化学键中正化学键中正(zhn(zhn zhn zhn)、负电荷中、负电荷中、负电荷中、负电荷中心重合，则键无极性。如单质分子心重合，则键无极性。如单质分子心重合，则键无极性。如单质分子心重合，则键无极性。如单质分子H2 H2、O2 O2、N2N2等分等分等分等分子中的共价键子中的共价键子中的共价键子中的共价键 极性共价键：化学键中正极性共价

42、键：化学键中正极性共价键：化学键中正极性共价键：化学键中正(zhn(zhn zhn zhn)、负电荷中心、负电荷中心、负电荷中心、负电荷中心不重合，则键有极性。如不重合，则键有极性。如不重合，则键有极性。如不重合，则键有极性。如HClHCl、COCO、H2OH2O、NH3NH3等等等等分子中的共价键分子中的共价键分子中的共价键分子中的共价键 键的极性大小取决于成键两元素原子的电负性差。电键的极性大小取决于成键两元素原子的电负性差。电键的极性大小取决于成键两元素原子的电负性差。电键的极性大小取决于成键两元素原子的电负性差。电负性差越大，键的极性就越强。负性差越大，键的极性就越强。负性差越大，键的

43、极性就越强。负性差越大，键的极性就越强。第52页/共86页第五十二页，共86页。（3 3）按共用电子对来源）按共用电子对来源）按共用电子对来源）按共用电子对来源(liyun)(liyun)分一般共价键与分一般共价键与分一般共价键与分一般共价键与配位键配位键配位键配位键 配位键其共用电子对是由成键原子配位键其共用电子对是由成键原子配位键其共用电子对是由成键原子配位键其共用电子对是由成键原子(yunz(yunz)中的某个原子中的某个原子中的某个原子中的某个原子(yunz(yunz)单方提供，另一个原子单方提供，另一个原子单方提供，另一个原子单方提供，另一个原子(yunz(yunz)只提供空轨道，只

44、提供空轨道，只提供空轨道，只提供空轨道，但为成键原子但为成键原子但为成键原子但为成键原子(yunz(yunz)双方所共用双方所共用双方所共用双方所共用 。用用用用“”“”表示，箭头从提供共用电子对的原子表示，箭头从提供共用电子对的原子表示，箭头从提供共用电子对的原子表示，箭头从提供共用电子对的原子(yunz(yunz)指指指指向接受共用电子对的原子向接受共用电子对的原子向接受共用电子对的原子向接受共用电子对的原子(yunz(yunz)。配位键的形成配位键的形成(xngchng)方式和共价键有所不同，但成键后两者是无本质区别。方式和共价键有所不同，但成键后两者是无本质区别。第53页/共86页第五

45、十三页，共86页。配位键的形成配位键的形成(xngchng)第54页/共86页第五十四页，共86页。5键参数键参数(cnsh)（1）键能（）键能（E）衡量化学键衡量化学键强弱的物理量，它表示拆开一强弱的物理量，它表示拆开一个键或形成一个键的难易程度。个键或形成一个键的难易程度。由于形成共价键必须放出能量由于形成共价键必须放出能量(nngling)，那么拆开共价，那么拆开共价键时，就需要供给能量键时，就需要供给能量(nngling)。键能越大，相应的共价键越牢键能越大，相应的共价键越牢固，组成的分子越稳定。固，组成的分子越稳定。第55页/共86页第五十五页，共86页。（2）键长（）键长（l）分子

46、中两成键分子中两成键原子核之间的平衡原子核之间的平衡(pnghng)距离（即核间距距离（即核间距)。在不同的分子中，两原子间形成在不同的分子中，两原子间形成相同类型的化学键时，其键长相同类型的化学键时，其键长基本相同。相同原子形成的共基本相同。相同原子形成的共价键的键长，单键价键的键长，单键双键双键三键。三键。键长越短，键能越大，键越牢固。键长越短，键能越大，键越牢固。第56页/共86页第五十六页，共86页。（3）键角（）键角（）分子中键与键分子中键与键的夹角。它是反映分子空间结构的夹角。它是反映分子空间结构的重要指标之一。一般的重要指标之一。一般(ybn)知道一个分子的键长和键角，就知道一个

47、分子的键长和键角，就可以推知分子的空间构型。可以推知分子的空间构型。第57页/共86页第五十七页，共86页。电子激发电子激发2p2s 2p2s 以以CH4形成的过程为例：在形成的过程为例：在CH4形成的过程中，形成的过程中，C原子的电子原子的电子曾有过如下曾有过如下(rxi)的激发步骤，以得到的激发步骤，以得到4个单电子。个单电子。显然，这显然，这4个单电子所在原子轨道不一致。利用个单电子所在原子轨道不一致。利用(lyng)这些原子这些原子轨道与轨道与4个个H原子形成的化学键，应该不完全相同，也不应该指向正原子形成的化学键，应该不完全相同，也不应该指向正四面体的四个顶点。四面体的四个顶点。CH

48、4为什么是正四面体结构为什么是正四面体结构？而而AlCl3键角键角120，NH4+键角键角10928。在成键过程中，轨道之间的夹角是怎样形成。在成键过程中，轨道之间的夹角是怎样形成的的？3.5 3.5 3.5 3.5 杂化轨道理论杂化轨道理论杂化轨道理论杂化轨道理论(lln)(lln)(lln)(lln)与分子的几何与分子的几何与分子的几何与分子的几何构型构型构型构型 第58页/共86页第五十八页，共86页。这些这些(zhxi)问题用一般价键理论难以解释。问题用一般价键理论难以解释。Pauling在在1931年提出杂化轨道理论，非常成功地解释了构型方面的这类问题年提出杂化轨道理论，非常成功地解

49、释了构型方面的这类问题。杂化轨道杂化轨道(gudo)理论发展了价键理论，可以对已知的构型进行解释。理论发展了价键理论，可以对已知的构型进行解释。第59页/共86页第五十九页，共86页。1.杂化与杂化轨道杂化与杂化轨道(gudo)的概念的概念在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近(xinjn)的原子轨道重新组合，形成一组新的原子轨道。这个过程叫做轨道的的原子轨道重新组合，形成一组新的原子轨道。这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫做杂化轨道。杂化，产生的新轨道叫做杂化轨道。形成形成CH4分子时，中心碳原子的分子时，中心碳原子的2s和和2p

50、x、2py、2pz等四条原子轨道发生等四条原子轨道发生(fshng)杂化，形成一组（四条）杂化，形成一组（四条）新的杂化轨道，即新的杂化轨道，即4条条sp3杂化轨道，这些杂化轨道，这些sp3杂化轨道杂化轨道不同于不同于s轨道，也不同于轨道，也不同于p轨道。杂化轨道有自己的波函轨道。杂化轨道有自己的波函数、能量、形状和空间取向。数、能量、形状和空间取向。第60页/共86页第六十页，共86页。2.杂化轨道杂化轨道(gudo)的类型的类型+=在在sp杂化轨道中，杂化轨道中，s和和p的成份的成份(chngfn)各各，两条杂化轨道呈直线形分布，两条杂化轨道呈直线形分布互成互成180角。角。BeCl2分子