高中化学——共价键

高中化学选修3-1第二章第一节 共价键

共价键

• 本质
  • 成键原子相互接近时，/原子轨道（电子在核外空间运动的主要区域）发生重叠/，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，核间电子密度增大，体系能量降低。
  • 成键原子电子云重叠
  • 电子配对原理
    • /自旋相反/，具有未成对电子的两个原子相互靠近时，才形成稳定的共价键。
  • 最大重叠原理
    • 成键时原子轨道将尽可能达到最大重叠以使系统/能量最低/。
• 特征
  • 饱和性
    • （1）饱和性——决定分子内原子间的数量关系 在形成共价键时，只有成键原子中自旋方向相反的未成对电子才能形成共用电子对。 一个原子有几个未成对电子，就会和几个自旋方向相反的未成对电子成键。H:H 在共价分子中，每个原子形成共价键的数目是一定的。
    • 决定各原子相互结合的数量关系
  • 方向性
    • （2）方向性——决定分子的空间结构 成键时，尽可能在电子云密度最大的地方重叠。 电子云重叠越多，电子在两核间出现的机会越多，体系能量下降越多，形成的共价键就越牢固。 s轨道与s轨道形成的共价键无方向性。
    • 决定分子的空间结构
• 类型
  • σ键
    • （1）σ键 两个原子轨道沿键轴方向以“头碰头”的方式重叠。 特点：轴对称（原子核连线） s-s σ键 s-p σ键 p-p σ键 头碰头，重叠程度大键的强度较大，稳定性较强 存在：共价单键为σ键，共价双键或共价三键中存在1个σ键。
  • π键
    • （2）π键 两个原子轨道以“肩并肩”的方式重叠。 特点：镜面对称（包含原子核的平面为镜面） p-p π键 d-p π键 肩并肩，重叠程度较小，键的强度较小，易断裂 （只有生成σ键后，余下的p轨道才能生成π键，两个原子可以只形成σ键，但不能只形成π键）
• 键参数
  • 键能
    • （1）键能（用来描述共价键的强度） 概念：气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量。(成键) 常温下1mol基态化学键分解成气态基态原子所吸收的能量。（断键） 单位：KJ/mol 键能的大小反映了键的稳定性，键能越大，键就越稳定，越难被破坏。（物质本身具有的能量越低） 一般而言，单键、双键、三键对比，键能越来越大。 应用：判断分子的稳定性：键能越大，共价键越稳定 估算化学反应中的能量变 ΔH=反应物键能总和—生成键能总和＞0（吸热） ＜0（放热）
    • 键能越大，键越稳定， 越难被破坏。
  • 键长
    • （2）键长（衡量共价键稳定性的另一个参数） 概念：形成共价键的两个原子之间的核间距 一般键长越短，键能越大，键越稳定 在不同的化合物中，相同的键，键能和键长并不相等。
    • 键长越短，键能越大， 键越稳定
  • 分子的稳定性
  • 键角
    • （3）键角（描述分子立体结构） 概念：在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角。 多分子原子的键角一定，表明共价键的方向性，决定分子的立体构型。 分子的很多性质都与键角有关，如分子的极性，进而影响其溶解性、熔沸点等。
    • 表明共价键的方向性， 决定分子的立体构型。
  • 分子的立体构型
  • 分子的性质
  • 表征化学键性质的物理量
• 等电子原理
  • 等电子体
    • （1）等电子体：原子总数、价电子（主族元素：价电子数等于最外层电子数）总数相同的微粒互称为等电子体。
  • 原理
    • （2）等电子原理：等电子体具有相似度化学键特征，它们的许多性质是相近的。
  • 应用
    • （3）应用： 互为等电子体的分子或离子具有相同的结构特征，这里“结构特征”包括化学键类型和分子或离子的/空间结构（键角不一定相等）。 通过已知的典型分子或离子的结构特征，利用等电子原理推测所不熟悉的分子或离子的结构 判断某些离子晶体的相关结构 启发某些化合物的合成方法 诱导某些新型无机材料的寻找…
  • 等电子体推导方法
    • 等电子体概念的核心内容是结构微粒的“两个相等”（原子总数相同和价电子总数相等）
    • 同组元素互换法
    • 价电子迁移法
    • 电子—电荷互换法
• 浮动主题
• （1）s电子，一定形成σ键； p电子，可形成σ键或π键； p电子和p电子先形成σ键，后形成π键。 （2）共价单键是σ键； 共价双键中一个是σ键，另一个是π键； 共价三键中一个是σ键，另两个是π键。 （两成键原子中只能形成一个σ键，不可更多）