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共价键的形成、特征与类型
1.认识共价键的形成、本质和特征；
2.了解共价键的主要类型σ键和π键,会判断共价键的极性。
【联想·质疑】在水(H2O)和氯化氢(HCl)这两种化合物的分子内部，原子之间都是通过共用电子形成了共价键。
氢原子为什么能分别与氧原子和氯原子结合形成稳定的分子？
氢原子与氯原子结合成氯化氢分子时原子个数比为1：1，而氢原子与氧原子结合成水分子时原子个数比却为2：1，这是为什么？
共价键究竟是怎样形成的？共价键具有哪些特征？共价键能分成哪些类型？
一、共价键的形成（以氢分子为例）
写出基态H原子轨道表示式。
思考下列情况中，两个H原子逐渐靠近时原子之间作用的强弱与原子之间距离的关系、电子运动状态的变化情况：
(1)两个H原子中基态电子自旋状态相同；
(2)两个H原子中基态电子自旋状态不同。
+
+
能量
E0
核间距
E0为两个远离的氢原子的能量之和
+
+
能量
E0
核间距
E1=436 kJ·mol-1
(1)两个核外电子自旋状态相同的氢原子靠近
r = 74 pm
(2)两个核外电子自旋状态不同的氢原子靠近
一、共价键的形成（以氢分子为例）
当两个氢原子相距很远时，它们之间的相互作用可以忽略不计，体系的能量等于两个氢原子的能量之和（选为0做参照）；
随着两个氢原子逐渐接近，它们的原子轨道会相互重叠，使电子在核间区域出现的概率增大，原子核对两个电子都产生吸引作用，使体系的能量逐渐下降。
一、共价键的形成（以氢分子为例）
实验和理论计算均表明，当两个氢原子的核间距为 74 pm 时体系能量最低，两个氢原子各提供一个电子以自旋状态不同的方式相互配对形成氢分子。如果两个氢原子进一步接近，原子核以及电子之间的排斥作用又将导致体系的能量上升。
当两个氢原子靠近时，原子轨道相互重叠，导致两个氢原子的电子更多地处于两个原子核之间，即电子在核间区域出现的概率增加。
1s 1s 1s 1s
H H H2
一、共价键的形成（以氢分子为例）
由于电子在两个原子核之间出现的概率增大，使得它们同时受到两个原子核的吸引从而导致体系能量降低，这就是共价键的本质。
H2分子的电子云图
我们将原子间通过共用电子形成的化学键称为共价键。
一、共价键的形成
电子在两个原子核之间出现的概率增大，使它们同时受到两个原子核的吸引，从而导致体系能量降低，形成共价键。
原子间通过共用电子形成的化学键
定义：
本质：
形成条件：
通常，在电负性相同或差值小的非金属元素原子之间形成。
表示方法：
用一条短线表示由一对共用电子所形成的共价键。
H2
HCl
H2O
H—H
H—Cl
H—O—H
CO2
N2
N≡N
O=C=O
单键
共价双键
共价三键
剖析共价键模型
画出H、Cl原子未成对电子的原子轨道形状，并分析两个原子轨道有最大程度重叠时的方向。
两个原子形成共价键时，重叠程度越大，形成的共价键越稳定，体系能量越低。除s轨道外，其他原子轨道都有一定的空间取向，共价键尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成——共价键的方向性。
H
Cl
H
Cl
H
Cl
二、共价键的特征
1.共价键的方向性
共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成
是不是所有的共价键都具有方向性？
无方向性
剖析共价键模型
分析O、Cl原子未成对电子数目，思考它们分别还能与几个电子配对？尝试解释1个氧原子可以与2个氢原子形成共价键，而1个Cl原子却只能与1个H原子形成共价键的事实。
依据泡利不相容原理，两个原子轨道相互重叠形成新轨道只能容纳2个自旋状态不同的电子，O、Cl、H原子未成对电子电子数分别为2、1、1，故1个O可以与2个H形成两个共价键，1个Cl只能与1个H形成共价键。这种每个原子能形成共价键总数或以单键连接的原子数目是一定的——共价键的饱和性。
二、共价键的特征
2.共价键的饱和性
按照价键理论，未成对的电子通过相互配对形成共价键，因为每个原子最外层轨道的数目是一定的，所以每个原子所能形成共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的
共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系。
↓↑
↓↑
↓↑
↓
Cl
3s
3p
N
↓↑
↓
↓
↓
2s
2p
未成对电子数：1
未成对电子数：3
Cl2
Cl—Cl
N2
N≡N
H
↑
1s
未成对电子数：1
NH3
H—N—H
|
H
二、共价键的特征
特征 概念 作用
饱和性 每个原子所能形成的共价键的总数或以单键连接的原子数且是一定的 共价键的饱和性决定分子的组成
方向性 共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，这就是共价键的方向性。 共价键的方向性决定分子的空间构型
通过“人工固氮”将空气中的氮气转化为含氮化合物用于生产化肥或其他化工产品是人类突破的重要课题。解决这个课题的
难点在于氮分子中的共价三键使构成氮分子的
两个氮原子紧紧地结合在一起，由此氮气的性
质非常稳定。请从轨道重叠的角度解释氮分子
中的共价三键是如何形成的。
↑
↑
↑
↑↓
2s
2p
N
N2中共价三键的形成过程
三、共价键的类型——σ键和π键
原子轨道以“头碰头”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键称为σ键。
原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键称为π键，
氮分子的N≡N中有
一个σ键、两个π键。
(1) σ键的类型及形成过程：
σ键的特征：
①以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，共价键的电子云的图形不变。
②以形成σ键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子可以绕轴旋转，并不会破坏σ键。
③形成σ键的原子轨道的重叠程度较大，故σ键具有较强的稳定性。
s—s σ键
s—p σ键
p—p σ键
(2) π键类型及形成过程：
π键的特征
①镜面对称：每个π键的电子云由两块组成，它们互为镜像，这种特征称为镜面对称。
②强度小：形成π键时，原子轨道重叠程度比σ键的小，通常情况下，π键没有σ键牢固。
③不能旋转：以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子不能单独旋转，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，则两个原子的py轨道不再平行，也就破坏了形成的π键。
三、共价键的类型——极性键和非极性键
由于每个原子的电负性不同，成键电子对可能发生偏移，据此将共价键分为极性键和非极性键。
1.顶点；尽头
2.地球的南北两端：南极、北极……
极性键：若形成共价键的两个原子不同(电负性不同)，则共用电子对发生偏移，这种共价键，电负性差异越大，形成的共价键极性越强。
因共用电子偏移程度不同，分强极性键和弱极性键
非极性键：若形成共价键的两个原子相同(电负性相同)，则共用电子对不发生偏移
【提问】两个原子之间形成共价双键时，你认为会形成1个σ键和1个π键，还是2个π键，还是2个σ键？说明你的理由。
一般来说，共价双键是1个σ键和1个π键。原因如下：
1.原子轨道在空间伸展方向是有确定取向的，如p能级的3条简并轨道分别分布在x、y、z轴方向上。
2.形成σ键时要求轨道“头碰头”形成，形成π键时要求轨道“肩并肩”形成。
头碰头
肩并肩
两原子相互靠近
共价键分析思路：
基态原子中未成对电子数目→未成对电子的原子轨道空间取向
→原子轨道发生最大程度重叠时的角度
→共价键的类型、共价键数目、原子在空间相对位置等
→解释分子的结构或性质。
σ键、π键判断思路：
原子之间形成单键→只有σ键。
原子之间形成双键→共价键为1个σ键，1个π键
原子之间形成三键→共价键为1个σ键，2个π键。
1. 原子间形成分子时，决定各原子相互结合的数量关系的是( )
A. 共价键的方向性 B. 共价键的饱和性
C. 共价键原子的大小 D. 共价键的稳定性
2. 下列分子中，既含有σ键，又含有π键的是( )
A. CH4 B. HCl C. CH2=CH2 D. F2
B
C

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