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共價鍵的形成、特征與類型
1.認識共價鍵的形成、本質(zhì)和特征；
2.了解共價鍵的主要類型σ鍵和π鍵,會判斷共價鍵的極性。
【聯(lián)想·質(zhì)疑】在水(H2O)和氯化氫(HCl)這兩種化合物的分子內(nèi)部，原子之間都是通過共用電子形成了共價鍵。
氫原子為什么能分別與氧原子和氯原子結合形成穩(wěn)定的分子？
氫原子與氯原子結合成氯化氫分子時原子個數(shù)比為1：1，而氫原子與氧原子結合成水分子時原子個數(shù)比卻為2：1，這是為什么？
共價鍵究竟是怎樣形成的？共價鍵具有哪些特征？共價鍵能分成哪些類型？
一、共價鍵的形成（以氫分子為例）
寫出基態(tài)H原子軌道表示式。
思考下列情況中，兩個H原子逐漸靠近時原子之間作用的強弱與原子之間距離的關系、電子運動狀態(tài)的變化情況：
(1)兩個H原子中基態(tài)電子自旋狀態(tài)相同；
(2)兩個H原子中基態(tài)電子自旋狀態(tài)不同。
+
+
能量
E0
核間距
E0為兩個遠離的氫原子的能量之和
+
+
能量
E0
核間距
E1=436 kJ·mol-1
(1)兩個核外電子自旋狀態(tài)相同的氫原子靠近
r = 74 pm
(2)兩個核外電子自旋狀態(tài)不同的氫原子靠近
一、共價鍵的形成（以氫分子為例）
當兩個氫原子相距很遠時，它們之間的相互作用可以忽略不計，體系的能量等于兩個氫原子的能量之和（選為0做參照）；
隨著兩個氫原子逐漸接近，它們的原子軌道會相互重疊，使電子在核間區(qū)域出現(xiàn)的概率增大，原子核對兩個電子都產(chǎn)生吸引作用，使體系的能量逐漸下降。
一、共價鍵的形成（以氫分子為例）
實驗和理論計算均表明，當兩個氫原子的核間距為 74 pm 時體系能量最低，兩個氫原子各提供一個電子以自旋狀態(tài)不同的方式相互配對形成氫分子。如果兩個氫原子進一步接近，原子核以及電子之間的排斥作用又將導致體系的能量上升。
當兩個氫原子靠近時，原子軌道相互重疊，導致兩個氫原子的電子更多地處于兩個原子核之間，即電子在核間區(qū)域出現(xiàn)的概率增加。
1s 1s 1s 1s
H H H2
一、共價鍵的形成（以氫分子為例）
由于電子在兩個原子核之間出現(xiàn)的概率增大，使得它們同時受到兩個原子核的吸引從而導致體系能量降低，這就是共價鍵的本質(zhì)。
H2分子的電子云圖
我們將原子間通過共用電子形成的化學鍵稱為共價鍵。
一、共價鍵的形成
電子在兩個原子核之間出現(xiàn)的概率增大，使它們同時受到兩個原子核的吸引，從而導致體系能量降低，形成共價鍵。
原子間通過共用電子形成的化學鍵
定義：
本質(zhì)：
形成條件：
通常，在電負性相同或差值小的非金屬元素原子之間形成。
表示方法：
用一條短線表示由一對共用電子所形成的共價鍵。
H2
HCl
H2O
H—H
H—Cl
H—O—H
CO2
N2
N≡N
O=C=O
單鍵
共價雙鍵
共價三鍵
剖析共價鍵模型
畫出H、Cl原子未成對電子的原子軌道形狀，并分析兩個原子軌道有最大程度重疊時的方向。
兩個原子形成共價鍵時，重疊程度越大，形成的共價鍵越穩(wěn)定，體系能量越低。除s軌道外，其他原子軌道都有一定的空間取向，共價鍵盡可能沿著電子出現(xiàn)概率最大的方向形成——共價鍵的方向性。
H
Cl
H
Cl
H
Cl
二、共價鍵的特征
1.共價鍵的方向性
共價鍵將盡可能沿著電子出現(xiàn)概率最大的方向形成
是不是所有的共價鍵都具有方向性？
無方向性
剖析共價鍵模型
分析O、Cl原子未成對電子數(shù)目，思考它們分別還能與幾個電子配對？嘗試解釋1個氧原子可以與2個氫原子形成共價鍵，而1個Cl原子卻只能與1個H原子形成共價鍵的事實。
依據(jù)泡利不相容原理，兩個原子軌道相互重疊形成新軌道只能容納2個自旋狀態(tài)不同的電子，O、Cl、H原子未成對電子電子數(shù)分別為2、1、1，故1個O可以與2個H形成兩個共價鍵，1個Cl只能與1個H形成共價鍵。這種每個原子能形成共價鍵總數(shù)或以單鍵連接的原子數(shù)目是一定的——共價鍵的飽和性。
二、共價鍵的特征
2.共價鍵的飽和性
按照價鍵理論，未成對的電子通過相互配對形成共價鍵，因為每個原子最外層軌道的數(shù)目是一定的，所以每個原子所能形成共價鍵的總數(shù)或以單鍵連接的原子數(shù)目是一定的
共價鍵的飽和性決定了各種原子形成分子時相互結合的數(shù)量關系。
↓↑
↓↑
↓↑
↓
Cl
3s
3p
N
↓↑
↓
↓
↓
2s
2p
未成對電子數(shù)：1
未成對電子數(shù)：3
Cl2
Cl—Cl
N2
N≡N
H
↑
1s
未成對電子數(shù)：1
NH3
H—N—H
|
H
二、共價鍵的特征
特征 概念 作用
飽和性 每個原子所能形成的共價鍵的總數(shù)或以單鍵連接的原子數(shù)且是一定的 共價鍵的飽和性決定分子的組成
方向性 共價鍵將盡可能沿著電子出現(xiàn)概率最大的方向形成，這就是共價鍵的方向性。 共價鍵的方向性決定分子的空間構型
通過“人工固氮”將空氣中的氮氣轉化為含氮化合物用于生產(chǎn)化肥或其他化工產(chǎn)品是人類突破的重要課題。解決這個課題的
難點在于氮分子中的共價三鍵使構成氮分子的
兩個氮原子緊緊地結合在一起，由此氮氣的性
質(zhì)非常穩(wěn)定。請從軌道重疊的角度解釋氮分子
中的共價三鍵是如何形成的。
↑
↑
↑
↑↓
2s
2p
N
N2中共價三鍵的形成過程
三、共價鍵的類型——σ鍵和π鍵
原子軌道以“頭碰頭”方式相互重疊導致電子在核間出現(xiàn)的概率增大而形成的共價鍵稱為σ鍵。
原子軌道以“肩并肩”方式相互重疊導致電子在核間出現(xiàn)的概率增大而形成的共價鍵稱為π鍵，
氮分子的N≡N中有
一個σ鍵、兩個π鍵。
(1) σ鍵的類型及形成過程：
σ鍵的特征：
①以形成化學鍵的兩原子核的連線為軸做旋轉操作，共價鍵的電子云的圖形不變。
②以形成σ鍵的兩個原子核的連線為軸，任意一個原子可以繞軸旋轉，并不會破壞σ鍵。
③形成σ鍵的原子軌道的重疊程度較大，故σ鍵具有較強的穩(wěn)定性。
s—s σ鍵
s—p σ鍵
p—p σ鍵
(2) π鍵類型及形成過程：
π鍵的特征
①鏡面對稱：每個π鍵的電子云由兩塊組成，它們互為鏡像，這種特征稱為鏡面對稱。
②強度小：形成π鍵時，原子軌道重疊程度比σ鍵的小，通常情況下，π鍵沒有σ鍵牢固。
③不能旋轉：以形成π鍵的兩個原子核的連線為軸，任意一個原子不能單獨旋轉，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，則兩個原子的py軌道不再平行，也就破壞了形成的π鍵。
三、共價鍵的類型——極性鍵和非極性鍵
由于每個原子的電負性不同，成鍵電子對可能發(fā)生偏移，據(jù)此將共價鍵分為極性鍵和非極性鍵。
1.頂點；盡頭
2.地球的南北兩端：南極、北極……
極性鍵：若形成共價鍵的兩個原子不同(電負性不同)，則共用電子對發(fā)生偏移，這種共價鍵，電負性差異越大，形成的共價鍵極性越強。
因共用電子偏移程度不同，分強極性鍵和弱極性鍵
非極性鍵：若形成共價鍵的兩個原子相同(電負性相同)，則共用電子對不發(fā)生偏移
【提問】兩個原子之間形成共價雙鍵時，你認為會形成1個σ鍵和1個π鍵，還是2個π鍵，還是2個σ鍵？說明你的理由。
一般來說，共價雙鍵是1個σ鍵和1個π鍵。原因如下：
1.原子軌道在空間伸展方向是有確定取向的，如p能級的3條簡并軌道分別分布在x、y、z軸方向上。
2.形成σ鍵時要求軌道“頭碰頭”形成，形成π鍵時要求軌道“肩并肩”形成。
頭碰頭
肩并肩
兩原子相互靠近
共價鍵分析思路：
基態(tài)原子中未成對電子數(shù)目→未成對電子的原子軌道空間取向
→原子軌道發(fā)生最大程度重疊時的角度
→共價鍵的類型、共價鍵數(shù)目、原子在空間相對位置等
→解釋分子的結構或性質(zhì)。
σ鍵、π鍵判斷思路：
原子之間形成單鍵→只有σ鍵。
原子之間形成雙鍵→共價鍵為1個σ鍵，1個π鍵
原子之間形成三鍵→共價鍵為1個σ鍵，2個π鍵。
1. 原子間形成分子時，決定各原子相互結合的數(shù)量關系的是( )
A. 共價鍵的方向性 B. 共價鍵的飽和性
C. 共價鍵原子的大小 D. 共價鍵的穩(wěn)定性
2. 下列分子中，既含有σ鍵，又含有π鍵的是( )
A. CH4 B. HCl C. CH2=CH2 D. F2
B
C

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