資源簡介

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第三節 共價鍵 共價晶體
課時1 共價鍵的形成 共價鍵的類型
第三章 微粒間作用力與物質性質
授課人：
學習目標
1．從微觀角度認識共價鍵的形成過程，能從宏觀和微觀相結合的視角判斷共價分子中σ鍵和π鍵的數目，能結合實例描述共價鍵的成鍵特征及其本質。
2．能分析不同類型的共價鍵對物質化學性質的影響。
3．建立軌道模型，從軌道重疊和共用電子對偏移角度建立共價鍵的分類方法體系， 能舉例說明共價鍵的極性及其應用。
一、共價鍵的形成
通常情況下，吸引電子能力相近的原子之間通過共用電子對形成共價鍵。
兩個成鍵原子為什么能通過共用電子對結合在一起呢？
思考
一、共價鍵的形成
一、共價鍵的形成
當兩個氫原子相互接近時，若兩個氫原子核外電子的自旋方向相反，它們接近到一定距離時，兩個1s軌道發生重疊，電子在兩原子核間出現的機會較大。
H
H
H
H
電子云
↑
1S
↓
1S
原子軌道在兩個原子核間重疊，意味著電子出現在核間的概率增大，因此可以說，核間電子好比在核間架起一座帶負電的橋梁，把帶正電的兩個原子核“黏結”在一起了。
一、共價鍵的形成
隨著核間距的減小，核間電子出現的機會增大，體系的能量逐漸下降，達到能量最低狀態。
氫分子的形成過程中能量（主要指勢能）隨核間距的變化如圖曲線a所示。
氫分子的能量與核間距的關系
核間距進一步減小時，兩原子間的斥力使體系的能量迅速上升，這種排斥作用又將氫原子推回到平衡位置。
一、共價鍵的形成
氫分子的能量與核間距的關系
若兩個氫原子核外電子的自旋方向相同，當它們相互接近時，原子間總是排斥作用占主導地位（如圖曲線b所示）。
所以兩個帶有自旋方向相同的電子的氫原子不可能形成氫分子。
一、共價鍵的形成
當成鍵原子相互接近時，原子軌道發生重疊，自旋方向相反的未成對電子形成共用電子對，兩原子核間的電子云密度增加，體系的能量降低。
共價鍵形成的本質：
通常情況下，吸引電子能力相近的原子(電負性差值一般小于1.7)之間易通過共用電子對形成共價鍵。
一、共價鍵的形成
形成共價鍵的條件
非金屬單質、共價化合物、某些離子化合物。
存在共價鍵的物質
一、共價鍵的形成
為什么N、O、F原子與氫原子形成的簡單化合物分別為NH3、H2O和HF？
思考
N、O、F原子的電子排布式和軌道表示式
↓
1S
H
一、共價鍵的形成
形成共價鍵時，只有成鍵原子中自旋方向相反的未成對電子才能形成共用電子對。成鍵過程中，每種元素的原子有幾個未成對電子，通常就只能和幾個自旋方向相反的電子形成共價鍵。
所以在共價分子中，每個原子形成共價鍵的數目是一定的，這就是共價鍵的飽和性。
共價鍵具有飽和性
→共價鍵的飽和性決定了分子的組成
→所有的共價鍵都具有飽和性。
一、共價鍵的形成
兩個參與成鍵的原子軌道總是盡可能沿著電子出現機會最大的方向重疊成鍵，而且原子軌道重疊越多，共價鍵越牢固。
因此，一個原子與周圍原子形成的共價鍵就表現出方向性（s軌道與s軌道重疊形成的共價鍵無方向性）。
s軌道和p軌道形成穩定共價鍵的幾種重疊方式
共價鍵具有方向性
→決定分子的空間結構
→并不是所有的共價鍵都具有方向性
典例解析
例1．下列說法正確的是(　　)A．若把H2S分子寫成H3S分子，違背了共價鍵的飽和性B．H3O＋的存在說明共價鍵不具有飽和性C．所有共價鍵都有方向性D．兩個原子軌道發生重疊后，電子僅存在于兩核之間
A
二、共價鍵的類型
氫原子形成氫分子的過程
氫原子的核外電子排布式為1s1，有一個未成對電子，當兩個氫原子結合成氫氣分子時，兩個氫原子的s軌道沿x軸方向以“頭碰頭”的方式發生重疊。
二、共價鍵的類型
H2中的σ鍵是由兩個s軌道重疊形成的，可稱為s-s σ鍵。
H-H
1、σ鍵
原子軌道沿核間連線方向以“頭碰頭”的方式重疊形成的共價鍵叫做σ鍵。
二、共價鍵的類型
H-Cl的形成
↑
1S
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
1S
2S
2P
3S
3P
H
Cl
HCl中的共價鍵是由氫原子提供的未成對電子的1s原子軌道和氯原子提供的未成對電子的3p原子軌道重疊形成的。
s — p σ鍵
H－Cl的 s-p σ鍵的形成（一個s軌道與一個p軌道重疊）
H-Cl
二、共價鍵的類型
Cl-Cl的形成
資料
Cl－Cl的 p-p σ鍵的形成（兩個p軌道重疊）
↑↓
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↑↓
↑↓
↑
1S
2S
2P
3S
3P
Cl
Cl2中的共價鍵是由2個氯原子各提供1個未成對電子的3p原子軌道重疊形成的。
p—p σ鍵
↑↓
↑↓
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↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
1S
2S
2P
3S
3P
Cl
Cl-Cl
二、共價鍵的類型
H-Cl
H-H
Cl-Cl
σ鍵的特征
(1)以形成化學鍵的兩原子核的連線為軸作旋轉操作，共價鍵電子云的圖形不變，這種特征稱為軸對稱。
(2)形成σ鍵的原子軌道重疊程度較大，故σ鍵有較強穩定性。
(3)以形成σ鍵的兩原子核的連線為軸，任何一個原子均可以旋轉，旋轉時并不破壞σ鍵的結構。
二、共價鍵的類型
頭碰頭；
軸對稱；
形成σ鍵的原子軌道重疊程度較大，故σ鍵有較強的穩定性。
σ鍵
二、共價鍵的類型
概念：形成共價鍵的未成對電子的原子軌道，采取“肩并肩”的方式重疊，這種共價鍵叫π鍵，主要類型為p－p π鍵，其形成過程可以表示為下圖：
2、π鍵
二、共價鍵的類型
(1)電子云為鏡面對稱：
每個π鍵的電子云由兩塊組成，分別位于由兩原子核構成平面的兩側，如果以它們之間包含原子核的平面為鏡面，它們互為鏡像。
(2)不穩定性：
形成π鍵時電子云重疊程度比σ鍵小，π鍵不如σ鍵牢固。
π鍵的特征
二、共價鍵的類型
π鍵的特征
(3)以形成π鍵的兩個原子核的連線為軸，任意一個原子并不能單獨旋轉，若單獨旋轉則會破壞π鍵，如以py－py π鍵為例，若旋轉其中一個成鍵原子，則兩原子的py軌道不再平行，也就無法“肩并肩”地靠近形成π鍵。
二、共價鍵的類型
N2中共價三鍵的形成過程
↑
↑
↑
↑↓
2s
2p
N
二、共價鍵的類型
“頭碰頭”
x
y
z
x
y
z
N2中共價三鍵的形成過程
x
y
z
z
y
“肩并肩”
二、共價鍵的類型
“頭碰頭”
“肩并肩”
“肩并肩”
y
z
z
y
x
σ鍵
π鍵
π鍵
p-p σ鍵
p-p π鍵
p-p π鍵
氮氣分子中含有一個σ鍵和兩個π鍵，氮氣分子的結構可用結構式N≡N表示。
N2中共價三鍵的形成過程
二、共價鍵的類型
單鍵 雙鍵 三鍵
σ鍵 1個σ鍵、1個π鍵 1個σ鍵、2個π鍵
①s-s電子、s-p電子只形成σ鍵；p-p電子既形成σ鍵，又形成π鍵；且 p-p電子先形成σ鍵，后形成π鍵。
判斷σ鍵、π鍵的一般規律
二、共價鍵的類型
單鍵 雙鍵 三鍵
σ鍵 1個σ鍵、1個π鍵 1個σ鍵、2個π鍵
判斷σ鍵、π鍵的一般規律
②共價單鍵是σ鍵；共價雙鍵中一個σ鍵,另一個π鍵；共價三鍵中一個σ鍵,另兩個π鍵。σ鍵可以獨立存在,π鍵不能單獨存在。
二、共價鍵的類型
乙烯分子中σ鍵和π鍵的形成過程
乙炔分子中σ鍵和π鍵的形成過程
二、共價鍵的類型
乙烷
乙烯
乙炔
乙烷、乙烯和乙炔的分子中的共價鍵分別由幾個σ鍵和幾個π鍵構成？
思考
乙炔分子中由3個σ鍵和2個π鍵組成。
乙烷分子中由7個σ鍵組成；
乙烯分子中由5個σ鍵和1個π鍵組成；
二、共價鍵的類型
乙烯和乙炔的化學性質為什么比乙烷活潑
思考
乙烯分子中的碳碳雙鍵和乙炔分子中的碳碳三鍵中分別含有1個和2個π鍵,π鍵原子軌道重疊程度較小,不穩定,容易斷裂。
而乙烷分子中沒有π鍵,σ鍵原子軌道重疊程度大,比較穩定,不易斷裂。
乙烷
乙烯
乙炔
二、共價鍵的類型
苯分子中的共價鍵
苯分子中的σ鍵
苯分子中碳原子的2p軌道
苯分子中的π鍵
苯分子中的6個碳原子都以σ鍵與氫原子結合，每個碳原子以兩個σ鍵與其他碳原子形成環狀結構。
二、共價鍵的類型
苯分子中的共價鍵
每個碳原子各有一個垂直于分子平面的p軌道，形成了一個以6個碳原子為中心的π鍵。苯的這種結構，使任意兩個相鄰碳原子間形成的共價鍵的鍵能和核間距離完全相同。
二、共價鍵的類型
由同種原子形成的共價鍵
電子對發生偏移，F原子一端相對地顯負電性，H原子一端相對地顯正電性
電子對不發生偏移
H—H
H—F
由不同種原子形成的共價鍵
兩個成鍵原子吸引電子的能力相同
非極性共價鍵，簡稱非極性鍵
兩個成鍵原子吸引電子的能力不同
極性共價鍵，簡稱極性鍵
3、極性鍵與非極性鍵
二、共價鍵的類型
通常可以根據元素的電負性差值來判斷鍵的極性。
一般情況下，兩種成鍵元素間的電負性差值越大，它們形成的共價鍵的極性就越強。
在極性共價鍵中，成鍵原子吸引電子能力的差別越大，共用電子對的偏移程度越大，共價鍵的極性越強。
二、共價鍵的類型
根據元素電負性差值大小，下列鍵的極性由強到弱的順序排列為：
F—H ＞ O—H ＞ N—H ＞C—H
判斷以下鍵的極性強弱C—H、N—H、O—H、F—H？
思考
二、共價鍵的類型
4、配位鍵
當氨分子遇到氫離子時，氨分子中的氮原子提供孤電子對與氫離子形成共價鍵，即氨分子中氮原子上的孤電子對所占據的軌道與氫離子的1s空軌道發生重疊形成共價鍵，從而形成銨根離子。
共用電子對
孤電子對
二、共價鍵的類型
配位鍵：由一個原子提供一對電子與另一個接受電子的原子形成共價鍵。
在NH4+中，4個N—H鍵是完全相同的。
NH4+的結構式
在表示分子或離子的結構式時，常用“→ ”表示配位鍵，其箭頭指向接受孤電子對的原子。
二、共價鍵的類型
按共用電子對數目分類 單鍵：如H—H
雙鍵：如C=C
三鍵：如N≡N
按電子云的重疊方式分類 σ鍵
π鍵
按共用電子對是否偏移分類 非極性鍵：如Cl—Cl
極性鍵：如H—Cl
按提供共用電子對的方式分類 普通共價鍵
配位鍵
典例解析
例2．下列物質中，只含有極性鍵的分子是 (填字母，下同)，既含離子鍵又含共價鍵的化合物是 ；只存在σ鍵的分子是 ，同時存在σ鍵和π鍵的分子是 。A．CO2 B．CH2Cl2 C．C2H6 D．CaCl2 E．NH4Cl
AB
E
BC
A
課堂小結
共價鍵的形成
共價鍵的類型
不良反應
形成本質
形成條件
性質
σ鍵和π鍵
非極性鍵和極性鍵
配位鍵
隨堂練習
1、下列物質中都存在離子鍵、共價鍵和配位鍵的是(　　)A．氫化銨、氫氧化二氨合銀{[Ag(NH3)2]OH}、氯化銨B．過氧化鈉、硫酸四氨合銅{[Cu(NH3)4]SO4}、氫化鈉C．硫酸、氮化鈣、氫氧化鋇D．氯化銨、氫氧化鈉、過氧化鈣
A
隨堂練習
2．下列關于σ鍵和π鍵的理解不正確的是(　　)A．CH4中的化學鍵均是σ鍵B．σ鍵可以繞鍵軸旋轉，π鍵一定不能繞鍵軸旋轉C．CH3—CH3、CH2CH2、CHCH中的σ鍵都是C—C鍵D．碳碳雙鍵中有1個σ鍵、1個π鍵，碳碳三鍵中有1個σ鍵、2個π鍵
C
謝謝觀看
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