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第三节 共价键 共价晶体
课时1 共价键的形成 共价键的类型
第三章 微粒间作用力与物质性质
授课人：
学习目标
1．从微观角度认识共价键的形成过程，能从宏观和微观相结合的视角判断共价分子中σ键和π键的数目，能结合实例描述共价键的成键特征及其本质。
2．能分析不同类型的共价键对物质化学性质的影响。
3．建立轨道模型，从轨道重叠和共用电子对偏移角度建立共价键的分类方法体系， 能举例说明共价键的极性及其应用。
一、共价键的形成
通常情况下，吸引电子能力相近的原子之间通过共用电子对形成共价键。
两个成键原子为什么能通过共用电子对结合在一起呢？
思考
一、共价键的形成
一、共价键的形成
当两个氢原子相互接近时，若两个氢原子核外电子的自旋方向相反，它们接近到一定距离时，两个1s轨道发生重叠，电子在两原子核间出现的机会较大。
H
H
H
H
电子云
↑
1S
↓
1S
原子轨道在两个原子核间重叠，意味着电子出现在核间的概率增大，因此可以说，核间电子好比在核间架起一座带负电的桥梁，把带正电的两个原子核“黏结”在一起了。
一、共价键的形成
随着核间距的减小，核间电子出现的机会增大，体系的能量逐渐下降，达到能量最低状态。
氢分子的形成过程中能量（主要指势能）随核间距的变化如图曲线a所示。
氢分子的能量与核间距的关系
核间距进一步减小时，两原子间的斥力使体系的能量迅速上升，这种排斥作用又将氢原子推回到平衡位置。
一、共价键的形成
氢分子的能量与核间距的关系
若两个氢原子核外电子的自旋方向相同，当它们相互接近时，原子间总是排斥作用占主导地位（如图曲线b所示）。
所以两个带有自旋方向相同的电子的氢原子不可能形成氢分子。
一、共价键的形成
当成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子云密度增加，体系的能量降低。
共价键形成的本质：
通常情况下，吸引电子能力相近的原子(电负性差值一般小于1.7)之间易通过共用电子对形成共价键。
一、共价键的形成
形成共价键的条件
非金属单质、共价化合物、某些离子化合物。
存在共价键的物质
一、共价键的形成
为什么N、O、F原子与氢原子形成的简单化合物分别为NH3、H2O和HF？
思考
N、O、F原子的电子排布式和轨道表示式
↓
1S
H
一、共价键的形成
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。成键过程中，每种元素的原子有几个未成对电子，通常就只能和几个自旋方向相反的电子形成共价键。
所以在共价分子中，每个原子形成共价键的数目是一定的，这就是共价键的饱和性。
共价键具有饱和性
→共价键的饱和性决定了分子的组成
→所有的共价键都具有饱和性。
一、共价键的形成
两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键，而且原子轨道重叠越多，共价键越牢固。
因此，一个原子与周围原子形成的共价键就表现出方向性（s轨道与s轨道重叠形成的共价键无方向性）。
s轨道和p轨道形成稳定共价键的几种重叠方式
共价键具有方向性
→决定分子的空间结构
→并不是所有的共价键都具有方向性
典例解析
例1．下列说法正确的是( )A．若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的饱和性B．H3O＋的存在说明共价键不具有饱和性C．所有共价键都有方向性D．两个原子轨道发生重叠后，电子仅存在于两核之间
A
二、共价键的类型
氢原子形成氢分子的过程
氢原子的核外电子排布式为1s1，有一个未成对电子，当两个氢原子结合成氢气分子时，两个氢原子的s轨道沿x轴方向以“头碰头”的方式发生重叠。
二、共价键的类型
H2中的σ键是由两个s轨道重叠形成的，可称为s-s σ键。
H-H
1、σ键
原子轨道沿核间连线方向以“头碰头”的方式重叠形成的共价键叫做σ键。
二、共价键的类型
H-Cl的形成
↑
1S
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
1S
2S
2P
3S
3P
H
Cl
HCl中的共价键是由氢原子提供的未成对电子的1s原子轨道和氯原子提供的未成对电子的3p原子轨道重叠形成的。
s — p σ键
H－Cl的 s-p σ键的形成（一个s轨道与一个p轨道重叠）
H-Cl
二、共价键的类型
Cl-Cl的形成
资料
Cl－Cl的 p-p σ键的形成（两个p轨道重叠）
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
1S
2S
2P
3S
3P
Cl
Cl2中的共价键是由2个氯原子各提供1个未成对电子的3p原子轨道重叠形成的。
p—p σ键
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
1S
2S
2P
3S
3P
Cl
Cl-Cl
二、共价键的类型
H-Cl
H-H
Cl-Cl
σ键的特征
(1)以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称。
(2)形成σ键的原子轨道重叠程度较大，故σ键有较强稳定性。
(3)以形成σ键的两原子核的连线为轴，任何一个原子均可以旋转，旋转时并不破坏σ键的结构。
二、共价键的类型
头碰头；
轴对称；
形成σ键的原子轨道重叠程度较大，故σ键有较强的稳定性。
σ键
二、共价键的类型
概念：形成共价键的未成对电子的原子轨道，采取“肩并肩”的方式重叠，这种共价键叫π键，主要类型为p－p π键，其形成过程可以表示为下图：
2、π键
二、共价键的类型
(1)电子云为镜面对称：
每个π键的电子云由两块组成，分别位于由两原子核构成平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像。
(2)不稳定性：
形成π键时电子云重叠程度比σ键小，π键不如σ键牢固。
π键的特征
二、共价键的类型
π键的特征
(3)以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子并不能单独旋转，若单独旋转则会破坏π键，如以py－py π键为例，若旋转其中一个成键原子，则两原子的py轨道不再平行，也就无法“肩并肩”地靠近形成π键。
二、共价键的类型
N2中共价三键的形成过程
↑
↑
↑
↑↓
2s
2p
N
二、共价键的类型
“头碰头”
x
y
z
x
y
z
N2中共价三键的形成过程
x
y
z
z
y
“肩并肩”
二、共价键的类型
“头碰头”
“肩并肩”
“肩并肩”
y
z
z
y
x
σ键
π键
π键
p-p σ键
p-p π键
p-p π键
氮气分子中含有一个σ键和两个π键，氮气分子的结构可用结构式N≡N表示。
N2中共价三键的形成过程
二、共价键的类型
单键 双键 三键
σ键 1个σ键、1个π键 1个σ键、2个π键
①s-s电子、s-p电子只形成σ键；p-p电子既形成σ键，又形成π键；且 p-p电子先形成σ键，后形成π键。
判断σ键、π键的一般规律
二、共价键的类型
单键 双键 三键
σ键 1个σ键、1个π键 1个σ键、2个π键
判断σ键、π键的一般规律
②共价单键是σ键；共价双键中一个σ键,另一个π键；共价三键中一个σ键,另两个π键。σ键可以独立存在,π键不能单独存在。
二、共价键的类型
乙烯分子中σ键和π键的形成过程
乙炔分子中σ键和π键的形成过程
二、共价键的类型
乙烷
乙烯
乙炔
乙烷、乙烯和乙炔的分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成？
思考
乙炔分子中由3个σ键和2个π键组成。
乙烷分子中由7个σ键组成；
乙烯分子中由5个σ键和1个π键组成；
二、共价键的类型
乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼
思考
乙烯分子中的碳碳双键和乙炔分子中的碳碳三键中分别含有1个和2个π键,π键原子轨道重叠程度较小,不稳定,容易断裂。
而乙烷分子中没有π键,σ键原子轨道重叠程度大,比较稳定,不易断裂。
乙烷
乙烯
乙炔
二、共价键的类型
苯分子中的共价键
苯分子中的σ键
苯分子中碳原子的2p轨道
苯分子中的π键
苯分子中的6个碳原子都以σ键与氢原子结合，每个碳原子以两个σ键与其他碳原子形成环状结构。
二、共价键的类型
苯分子中的共价键
每个碳原子各有一个垂直于分子平面的p轨道，形成了一个以6个碳原子为中心的π键。苯的这种结构，使任意两个相邻碳原子间形成的共价键的键能和核间距离完全相同。
二、共价键的类型
由同种原子形成的共价键
电子对发生偏移，F原子一端相对地显负电性，H原子一端相对地显正电性
电子对不发生偏移
H—H
H—F
由不同种原子形成的共价键
两个成键原子吸引电子的能力相同
非极性共价键，简称非极性键
两个成键原子吸引电子的能力不同
极性共价键，简称极性键
3、极性键与非极性键
二、共价键的类型
通常可以根据元素的电负性差值来判断键的极性。
一般情况下，两种成键元素间的电负性差值越大，它们形成的共价键的极性就越强。
在极性共价键中，成键原子吸引电子能力的差别越大，共用电子对的偏移程度越大，共价键的极性越强。
二、共价键的类型
根据元素电负性差值大小，下列键的极性由强到弱的顺序排列为：
F—H ＞ O—H ＞ N—H ＞C—H
判断以下键的极性强弱C—H、N—H、O—H、F—H？
思考
二、共价键的类型
4、配位键
当氨分子遇到氢离子时，氨分子中的氮原子提供孤电子对与氢离子形成共价键，即氨分子中氮原子上的孤电子对所占据的轨道与氢离子的1s空轨道发生重叠形成共价键，从而形成铵根离子。
共用电子对
孤电子对
二、共价键的类型
配位键：由一个原子提供一对电子与另一个接受电子的原子形成共价键。
在NH4+中，4个N—H键是完全相同的。
NH4+的结构式
在表示分子或离子的结构式时，常用“→ ”表示配位键，其箭头指向接受孤电子对的原子。
二、共价键的类型
按共用电子对数目分类 单键：如H—H
双键：如C=C
三键：如N≡N
按电子云的重叠方式分类 σ键
π键
按共用电子对是否偏移分类 非极性键：如Cl—Cl
极性键：如H—Cl
按提供共用电子对的方式分类 普通共价键
配位键
典例解析
例2．下列物质中，只含有极性键的分子是 (填字母，下同)，既含离子键又含共价键的化合物是 ；只存在σ键的分子是 ，同时存在σ键和π键的分子是 。A．CO2 B．CH2Cl2 C．C2H6 D．CaCl2 E．NH4Cl
AB
E
BC
A
课堂小结
共价键的形成
共价键的类型
不良反应
形成本质
形成条件
性质
σ键和π键
非极性键和极性键
配位键
随堂练习
1、下列物质中都存在离子键、共价键和配位键的是( )A．氢化铵、氢氧化二氨合银{[Ag(NH3)2]OH}、氯化铵B．过氧化钠、硫酸四氨合铜{[Cu(NH3)4]SO4}、氢化钠C．硫酸、氮化钙、氢氧化钡D．氯化铵、氢氧化钠、过氧化钙
A
随堂练习
2．下列关于σ键和π键的理解不正确的是( )A．CH4中的化学键均是σ键B．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转C．CH3—CH3、CH2CH2、CHCH中的σ键都是C—C键D．碳碳双键中有1个σ键、1个π键，碳碳三键中有1个σ键、2个π键
C
谢谢观看
THANKS
