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請你欣賞！欣賞美麗的冰花并思考水分子是怎么構(gòu)成冰的？
請你欣賞！欣賞美麗的冰花并思考;水分子是怎么構(gòu)成冰的？
通過化學(xué)必修課程的學(xué)習，你已經(jīng)了解了原子之間能夠通過強烈的相互作用——化學(xué)鍵結(jié)合在一起。那么，原子之間為什么能夠以不同類型的化學(xué)鍵互相結(jié)合？原子形成的分子為什么會有不同的空間結(jié)構(gòu)？分子之間是否也存在著相互作用？要解決這些問題，就要學(xué)習化學(xué)鍵與分子間作用力的理論。
第二章 微粒間相互作用與物質(zhì)性質(zhì)
第 1 節(jié) 共價鍵模型
教材中以氫分子形成為例，從電子運動狀態(tài)、體系能量、電子運動規(guī)律等入手構(gòu)建共價鍵模型;以氮分子中共價鍵形成過程為例，依據(jù)軌道重疊的方式引出共價鍵的類型，構(gòu)建σ鍵、π鍵模型;從原子軌道在空間取向以及兩個原子之間原子軌道重疊程度最大化視角學(xué)習共價鍵的方向性;從原子的未成對電子數(shù)是一定的認識共價鍵的飽和性。
請結(jié)合氫和氧的原子結(jié)構(gòu)分析H2O的形成。
請你思考！ 為什么形成水分子的氫原子為2個，氧原子為1個？
請你思考！ 根據(jù)氫原子和氯原子結(jié)構(gòu)示意圖的特點，分析對比HCl的的形成過程
請你思考！氫原子為什么會與氧原子或氯原子結(jié)合形成穩(wěn)定的分子?
氫原子與氯原子結(jié)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(jié)合成水分子時原子個數(shù)比卻為2∶1
這又是為什么?為什么原子之間可以通過共用電子形成穩(wěn)定的分子?共價鍵究竟是怎樣形成的，其特征又是怎樣的呢?
請你思考！根據(jù)原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)理論，氫原子是如何形成氫分子中的共價鍵的？
現(xiàn)以氫分子的形成為例研究共價鍵的形成
根據(jù)原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)理論，基態(tài)氫原子核外的一個電子處于 1s 軌道上。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；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。
當兩個氫原子的核間距為 0.074 nm 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(dǎo)致體系的能量上升
當兩個氫原子的核間距為 0.074 nm 時體系能量最低
根據(jù)對氫分子形成過程的分析可以得知，正是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（圖 2-1-2），從而導(dǎo)致體系能量降低，形成共價鍵。
定義：原子間通過共用電子形成的化學(xué)鍵
本質(zhì)：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(dǎo)致體系能量降低，形成共價鍵。
形成條件：通常，電負性相同或差值小的非金屬元素原子之間形成的化學(xué)鍵為共價鍵。
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。
原子間共用兩對電子所形成的共價鍵
原子間共用三對電子所形成的共價鍵
請你思考！為什么只能有H2、HCl、Cl2，不可能有H3、H2Cl和Cl3 ？
現(xiàn)以氯分子的形成為例研究共價鍵的形成
例如，氯原子中只有一個未占滿的軌道，其中有一個未成對電子
所以兩個氯原子之間可形成一個共價鍵結(jié)合為氯分子，表示為 Cl—Cl
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，這稱為共價鍵的飽和性。
共價鍵的飽和性決定了各種原子形成分子時相互結(jié)合的數(shù)量關(guān)系
請你思考！水分子為什么會有一定的空間結(jié)構(gòu)？
除 s 軌道是球形對稱外，其他原子軌道都具有一定的空間取向
在形成共價鍵時，原子軌道重疊得多，電子在核間出現(xiàn)的概率大，所形成的共價鍵就牢固。
共價鍵將盡可能沿著電子出現(xiàn)概率最大的方向形成，即共價鍵具有方向性。
分子的空間結(jié)構(gòu)與共價鍵的方向性密切相關(guān)
電子出現(xiàn)在核間的概率增大
以兩核連線為軸，電子云的圖形對稱
原子軌道以"頭碰頭"方式相互重疊導(dǎo)致電子在核間出現(xiàn)的概率增大而形成的共價鍵
請你思考！HCl、Cl2中的共價鍵也都是 σ鍵，它們的 σ鍵是如何形成的？
請你思考！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。
氮氣的電子式和結(jié)構(gòu)式分別如下:
氮氣分子中p軌道的成鍵情況
原子軌道以"肩并肩"方式相互重疊導(dǎo)致電子在核間出現(xiàn)的概率增大而形成的共價鍵
電子云由兩塊組成，互為鏡像
氮分子的 N≡N 中有一個 σ 鍵、兩個 π 鍵，如圖 2-1-4 所示
判斷σ鍵、π鍵的一般規(guī)律
共價單鍵為____鍵；
共價雙鍵中有一個____鍵、一個____鍵；
共價三鍵由一個_____鍵和兩個______鍵組成。
畫出乙烯、乙炔的結(jié)構(gòu)簡式，判斷原子軌道成鍵類型
2.有以下物質(zhì)：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(H—C≡N)。(1)只有σ鍵的是_____________(填序號，下同)；既有σ鍵又有π鍵的是_______。
(2)含有由兩個原子的s軌道重疊形成的σ鍵的是______。
(3)含有由一個原子的s軌道與另一個原子的p軌道重疊形成的σ鍵的是______________。
(4)含有由一個原子的p軌道與另一個原子的p軌道重疊形成的σ鍵的是_____________。
請你判斷一下氧分子原子軌道成鍵類型?
根據(jù)價鍵理論，氧分子的結(jié)構(gòu)是 O=O，這樣的氧分子中的電子已經(jīng)完全配對，氧分子應(yīng)當是逆磁性分子。
但事實上，將液態(tài)氧倒入配有磁鐵的儀器中時，氧分子被磁場吸引而懸浮在磁場中（圖2-1-5）。這說明氧分子是順磁性分子，即分子中存在著未成對電子。
利用分子軌道理論能夠很好地解釋氧分子是順磁性分子這一事實。
分子軌道理論認為，分子中的每個電子都是在整個分子中運動的，分子中的單電子運動狀態(tài)可以用分子軌道來描述。
圖2-1-6（a）給出了氧分子的分子軌道能級和電子排布示意圖（僅畫出12個外層電子的占據(jù)軌道），按照核外電子排布的三個原則，最高能量的兩個電子根據(jù)洪特規(guī)則以自旋方向相同的方式分占能量相同的兩個π*2p分子軌道，這樣氧分子存在未成對電子，所以具有順磁性。
H2和HCl都是原子通過共用電子對形成的，為什么HCl中H顯+1價、Cl顯-1價，而H2中的原子卻不顯電性？
共用電子對偏移(偏向Cl而偏離H)
2. 極性鍵和非極性鍵
定義： 構(gòu)成分子的是同種元素的兩個原子，它們吸引電子的能力相同，所以共用的電子不偏向其中任何一個原子，參與成鍵的原子都不顯電性，這種共價鍵叫作非極性共價鍵，簡稱非極性鍵。
特征： 共用的電子不偏向其中任何一個原子，參與成鍵的原子都不顯電性
形成條件： 同種元素的原子之間，成鍵原子電負性相同
定義： 構(gòu)成分子的兩個原子是不同元素的原子時，由于兩個原子吸引電子的能力不同，共用的電子必然偏向吸引電子能力大的原子一方，這個原子因附近電子出現(xiàn)的概率較大而帶部分負電荷，而另一原子則帶部分正電荷，這種共價鍵叫作極性共價鍵，簡稱極性鍵。
特征： 共用的電子偏向吸引電子能力大的原子一方，成鍵原子顯電性
形成條件： 非同種元素的原子之間，成鍵原子電負性不相同
分子中共價鍵的極性強弱會影響物質(zhì)的性質(zhì)，由此鍵的極性成為解釋和預(yù)測物質(zhì)性質(zhì)、判斷反應(yīng)活性部位和反應(yīng)產(chǎn)物的常用工具。例如，乙醇與乙酸的酯化反應(yīng)中，斷鍵和成鍵發(fā)生在極性強的部位
1，指出下列物質(zhì)中的共價鍵類型
O2CH4CO2H2O2Na2O2NaOH
請你思考！原子形成的分子為什么會有不同的空間結(jié)構(gòu)？
球棍模型可以形象的展示出分子的空間結(jié)構(gòu)和成鍵情況
兩個成鍵原子的原子核間的距離（簡稱核間距）
一般而言，化學(xué)鍵的鍵長愈短，化學(xué)鍵就愈強，鍵就愈牢固。
影響分子空間結(jié)構(gòu)的因素之一
在多原子分子中，兩個化學(xué)鍵的夾角
用于描述多原子分子的空間結(jié)構(gòu)
NH3 H2O CO2 CH4
107°18＇ 104.5° 180° 104°28＇
鍵長,鍵角決定分子空間構(gòu)型
HCl、HBr和HI中的化學(xué)鍵均為共價鍵，其穩(wěn)定性存在一定的差異，那么，如何進行比較呢?
鍵長越短，共價鍵越穩(wěn)定
在 101.3 kPa、298 K 條件下，斷開1ml AB（g）分子中的化學(xué)鍵，使其分別生成氣態(tài)A原子和氣態(tài)B原子所吸收的能量稱為A—B鍵的鍵能。
表示方法：EA—B 單位：kJ·ml-1
應(yīng)用：定量地表示化學(xué)鍵的強弱
鍵能愈大，斷開時需要的能量就愈多，化學(xué)鍵就愈牢固;鍵能愈小，斷開時需要的能量就愈少，化學(xué)鍵就愈不牢固。
鍵長越短，鍵能越大,分子越穩(wěn)定
請同學(xué)們觀察下表，并找出鍵能數(shù)據(jù)中存在的規(guī)律?(從成鍵個數(shù)，成鍵原子的半徑分析)
形成共價鍵的原子的原子半徑越大，鍵能越小
成鍵原子相同，單鍵的鍵能

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第1節(jié) 共價鍵模型

版本： 魯科版 (2019)

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