关于共价键的问题?
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发布时间：2022-05-13 08:15
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时间：2024-02-22 00:22
原子间通过共用电子对（电子云重叠）所形成的化学键叫做共价键。
共价键之二
原子间通过共用电子对（电子云重叠）所形成的化学键叫做共价键。共价键又称原子键。
同种原子间形成的共价键，共用电子对不偏向任何一个原子，成键原子都不显电性，这种键称为非极性键。例如H2、Cl2、N2等，在化合物分子中，不同原子间形成的共价键，由于不同原子的电负性不同，共用电子对偏向电负性大的原子，电负性大的原子就带部分负电荷，电负性小的原子就带部分正电荷，这样的键称为极性键。
同种非金属原子之间，或不同种非金属原子之间成键时，一般都是共价键。在形成共价键时，当自旋方向相反的未成对电子的原子相互接近时，两个核间电子云密度较大，即共用电子对属成键的两原子共有，围绕两个核运动，受两核吸引，在两核间电子云重叠。
要形成稳定的共价键，必须尽可能使电子云重叠程度大一些，我们知道，除了s电子以外，其它电子云都是有空间取向的，在成键时，要尽可能沿着电子云密度最大的方向发生重叠。例如H2O中，氢原子的1s电子云沿着氧原子的2Px、2Py电子云的空间伸展方向的重叠，才能达到电子云重叠程度最大，形成稳定的共价键，因此共价键具有方向性。元素的原子形成共价键时，当一个原子的所有未成对电子和另一些原子中自旋方向相反的未成对电子配对成键后，就不再跟其它原子的未成对电子配对成键。例如H2O分子中，O原子有两个未成对电子，它只能跟两个H原子的未成对电子配对，因此，共价键具有饱和性。
共价键是化学键中重要的一类，包括：极性键、非极性键、配位键、单键、双键、叁键、σ键、π键等类别。
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时间：2024-02-22 00:23
共价键是一种最常见的化学键。我们熟悉的H2、Cl2、HCl、H2O、NH3、CH4等分子及绝大部分的有机物分子中，各原子间都是以共价键结合的。但是共价键是怎样形成的？共价键又有哪些性质呢？为了研究这些问题，我们先讨论氢分子是怎样形成的。
共价键的形成
一、氢分子的形成
在通常情况下，当一个氢原子与另一个氢原子彼此接近，就相互作用形成氢分子。
H＋H→H2
我们知道，在形成氢分子的过程中，电子并没有从一个氢原子转移到另一个氢原子，而是两个氢原子通过共用电子对结合形成共价键。
我们可以用电子式来表示氢分子的形成：
H.＋.H→H∶H
在化学上常用一根短线表示一对共用电子，因此，氢分子的结构式可以表示为H——H。
当两个氢原子彼此接近，它们的相互作用逐渐增强。实验证明，这种作用与两个氢原子的电子自旋状态有密切的关系。
从氢分子的电子云分布来看，当两个电子自旋状态相同的氢原子互相接近时，两个核间的电子云是稀疏的，不能形成稳定的氢分子；当两个电子自旋状态不同的氢原子互相接近时，两个核间的电子云密集，对两核产生吸引作用，使两个氢原子形成稳定的氢分子。
因此，氢分子的形成过程可以用电子云的重叠来说明(如图2．3所示)。两个氢原子的电子云部分重叠以后，两核间的电子云密集，形成稳定的分子。
像氢分子那样，原子间通过共用电子对(电子云重叠)所形成的化学键，叫做共价键。
二、共价键的形成条件及表示式
从氢分子的形成过程可以得出如下结论：
①形成共价键的两个原子间必须具有共用电子对。
②组成共用电子对的电子必须自旋方向相反。
注：路易斯(Gibert Newton Lewis 1875～1946)是美国化学家。自1916年起研究共价键理论。他认为两个(或多个)原子可以相互“共有”一对或多对电子，以便达到稀有气体原子的电子层结构，而形成共价键。他还提出了无机物和有机物的电子结构式。
注：氢分子中的共用电子对可用如下轨道式表示：
【练习】氯分子的形成与氢分子相似，试用电子式表示氯分子的形成过程。
氮分子的形成也跟氢分子相似，只是每个氮原子有3个未成对的p电子，因此可以形成叁键。氮分子可用电子式或结构式表示：
那么不同的非金属原子是如何以共价键结合成分子的呢？我们以水分子为例来说明：
氢原子的核外电子排布为1s1，氧原子的核外电子排布为1s22s22p4。氢原子达到稳定结构1s2只能结合1个电子，氧原子达到稳定结构1s22s22p6还能结合2个电子。因此，一个氧原子与两个氢原子结合形成水分子。
H2O分子的电子式和结构式：
轨道表示式表示氮分子的形成：
轨道表示式表示H2O的形成：
【练习】用电子式表示氟化氢、硫化氢分子的形成过程。
极性键与非极性键
根据共用电子对分布情况的不同，共价键可以分为极性共价键(简称极性键)和非极性共价键(简称非极性键)。
在单质分子中，由于同种原子吸引电子的能力相同，共用电子对一般不偏向任何一个原子，成键的原子都不显电性。这样的共价键就是非极性键。例如，氢分子中的H——H键，氯分子中的Cl——Cl键以及氮分子中的N≡N键都是非极性键。
在化合物分子中，由于不同原子吸引电子的能力不同，共用电子对必然偏向吸引电子能力强的原子一方，也就是说，靠近吸引电子能力强的原子一方电子云比较密集，因而吸引电子能力较强的原子就带部分负电荷，吸引电子能力较弱的原子就带部分正电荷。这样的共价键就是极性键。例如，在卤化氢分子中，分别存在着H——F键、H——Cl键、H——Br键和H——I键，这些共价键都是极性键。
【思考】分析过氧化氢分子和水分子中各共价键的极性。
【选学】
共价键的饱和性与方向性
一、共价键的饱和性
我们知道，当两个H原子结合成H2分子后，不可能再结合第三个H原子形成“H3分子”。同样，甲烷的化学式是CH4，说明碳原子最多能与四个氢原子结合。这些事实说明，形成共价键时，每个原子有一个最大的成键数，可见每个原子能结合其他原子的数目不是任意的。这就称为共价键的饱和性。
例如，硫原子和氢原子能结合生成硫化氢分子，因为每个硫原子有两个未成对的3p电子，每个氢原子有一个未成对的1s电子，当这两种电子的自旋方向相反时就能形成共价键。所以，一个硫原子可以跟两个氢原子结合成H2S分子，而不能生成H3S或H4S分子。
同样，氮原子有三个未成对的电子，它可以和另一个氮原子的三个未成对的电子配对．形成氮分子；它也可以和三个氢原子的电子配对，形成氨分子。当形成氮分子或氨分子以后，共价键达到了饱和，就不能再结合其他原子了。
二、共价键的方向性
离子键没有方向性，一个离子可以在任何方向吸引相反电荷的离子。共价键就不同了，它既有饱和性，又有方向性，共价分子都有一定的空间构型。例如，实验测得H2S分子是折线型的，两个H——S键间的夹角是92°(如图2．5a所示)。CH4分子的空间构型是正四面体(如图2．6所示)，C——H键间的夹角均为109°28′。在分子中，键和键之间的夹角称做键角。
那么为什么共价键具有方向性呢？我们知道，共价键是由于电子云重叠而形成的。除s轨道的电子云是球形对称以外，其他轨道(如p轨道)的电子云都具有一定的伸展方向。在形成共价键时，成键电子的电子云重叠越多，核间电子云密度越大，形成的共价键就越强，释放的能量也越多。因此，共价键总是尽可能沿着电子云密度最大的方向形成，这就是共价键具有方向性的原因。例如，在硫原子跟氢原子结合生成H2S分子时，因为硫原子最外层的两个不成对电子位于3p亚层，它们的电子云互成直角，这样，两个氢原子的1s电子云要沿着直角的方向分别跟3p电子云重叠，形成的两个共价键的夹角就应接近90°(如图2．5b所示)。
键长与键能
分子的热稳定性取决于共价键的强弱，而共价键的强度又与它的键长有密切的关系。
1．键长与键的强弱
在分子中，两个成键原子的核间距离叫做键长。例如，H——H键长为74pm，C——C键长为154pm，Cl——Cl键长为198pm。一般说来，共价键的键长越短，键就越强，形成的化合物就越稳定。
2．键能与双原子分子的热稳定性
H原子形成H2时要释放热量：
H＋H→H2＋436kJ
由上式可知，1mol H原子与1mol H原子作用，生成1mol H2分子，要放出436kJ的热。这也说明生成的H2分子比孤立的两个H原子能量要低，所以H2分子比H原子要稳定。
那么，要使1mol H2分子分解成2mol H原子，至少需要提供多少能量呢？
显然，要拆开1mol的H——H键，需要吸收436kJ的能量，这个能量值就是H——H键的键能。键能越大，表示两个原子结合得越牢固，它们形成的共价键越强。因此键能可以定量地表示共价键的强度。
【选学】
配位键
【讨论】写出氨跟盐酸、硫酸反应的离子方程式，并从这些离子方程式分析氨发生反应的实质。
氨能跟提供氢离子的物质(酸)相作用，生成铵离子。那么，这一反应是怎样发生的呢？
氨分子的电子式是，氮原子上有一对未跟其他原子共用的电子(孤对电子)。氢离子(H+)是氢原子失去1s电子而形成的，它有一个1s空轨道。当氨分子跟氢离子作用时，氨分子上的孤对电子进入氢离子的空轨道，这一对电子在氮、氢原子之间共用，以这种方式形成的共价键称为配位键。配位键可以用A→B来表示，其中A是提供孤对电子的原子，B是具有空轨道接受电子的原子。在铵离子中，氮原子是共用电子对的提供者(A)，氢离子是共用电子对的接受者(B)。
铵离子的形成过程可用下式来表示：
在铵离子中，虽然有一个N——H键与其他三个N——H键的成键过程不同，但是它们的键长、键能、键角都是一样的，四个键表现的化学性质也完全相同，由于电子是运动的，正电荷就属于整个铵离子，所以铵离子通常可表示为
综上所述，配位键的形成条件是：
(1)必须有电子对给予体(A)，它具有孤对电子。
(2)必须有电子对接受体(B)，它具有空轨道。
注：水分子在一定的条件下也能以配位键接受一个H+，形成H3O+。
原子晶体
各相邻原子间都以共价键结合而成的晶体称为原子晶体。最典型的原子晶体是金刚石。
实验结果证实，在金刚石晶体内，所有的碳原子都以共价键结合，每个碳原子位于正四面体的中心，其余四个与它相邻的碳原子都排列在四个顶点上，这些四面体结构向空间发展，构成一种坚实的、彼此联结的空间网状晶体(如图2．7所示)。
原子晶体很硬，熔点很高。如金刚石是自然界中的最硬的物质(人们一般把金刚石的硬度定为10，其他各种物质的硬度都以此为标准相对而定)，熔点高达3550℃。
【练习】写出硅原子的最外层电子排布。
晶体硅是无色或棕色的固体，有金属光泽、硬而脆。晶体硅的结构与金刚石相似，硅原子形成的正四面体结构向空间发展，构成原子晶体。因此，硅也具有较大的硬度、较高的熔点和沸点。
此外，二氧化硅、碳化硅等也形成原子晶体。碳化硅的硬度几乎接近金刚石。这些物质广泛应用于地质勘探、石油钻井以及金属和玻璃的加工工具。
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时间：2024-02-22 00:23
