《共价键σ键π键》课件

共价键键和键σπ共价键是化学中的一种键，由两个原子共享电子对形成σ键和π键是共价键的两种主要类型，它们在物质性质和反应性方面起着重要作用课程导言共价键课程目标化学中重要的基本概念，也是化学反应的基础深入理解共价键的本质、形成过程和类型原子之间通过共用电子对形成的化学键掌握键和键的特性、成键条件和区别σπ什么是共价键原子核与电子云电子对共享键的形成原子核带正电，电子云带负电共价键两个原子间共享一对或多对电子，形成共价键通常出现在非金属元素之间，例形成时，原子间共享电子云稳定的电子结构如氢气H2，水H2O，二氧化碳CO2共价键的成键过程原子相遇当两个原子相互接近，它们的电子云开始互相影响这个过程被称为原子轨道重叠电子共享当原子轨道重叠后，原子会共享它们的外层电子，形成共用电子对成键共用电子对在两个原子之间形成吸引力，将它们紧紧地结合在一起，从而形成共价键稳定结构共价键的形成使原子达到稳定的电子构型，从而使整个分子更加稳定共价键的类型单键双键三键配位键单键是由两个原子之间共享一双键是由两个原子之间共享两三键是由两个原子之间共享三配位键是一种特殊的共价键，对电子形成的共价键，例如甲对电子形成的共价键，例如乙对电子形成的共价键，例如氮其中一对电子由一个原子提供烷中的C-H键烯中的C=C键气中的N≡N键，而另一个原子提供空轨道，例如氨水中的N-H键键的特点σ

1.方向性

2.强度12键是由原子轨道沿键轴方键是共价键中强度最高的σσ向重叠形成的，具有明确的键型，这是因为原子轨道沿指向性键轴方向重叠程度最高

3.旋转自由度

4.单键34键可以围绕键轴自由旋转键通常代表两个原子之间σσ，这使得分子可以具有不同的一个单键，但也可以存在的构象于多重键中键的成键条件σ原子轨道重叠自旋方向相反两个原子轨道必须重叠，形成两个原子的电子必须具有相反一个新的分子轨道重叠程度的自旋方向，才能形成键σ越大，键越强自旋方向相同，原子会排斥能量相近两个原子轨道必须具有相近的能量，才能有效地重叠形成键σ键的复合成键σ键的形成σ1原子轨道重叠键的特征σ2电子云分布复合成键3形成新的键σ键的复合成键是两个原子轨道重叠形成的键进一步与其他原子轨道重叠而形成新的键这个过程通常发生在多原子分子中σσσ，其中多个原子通过σ键连接形成链状或环状结构例如，甲烷CH4中的四个C-H键就是σ键的复合成键的结果键的特点π弱键键的键能比键低，因此键比较弱πσπ键较容易断裂，易于发生化学反应π侧面重叠键是由两个原子轨道在侧面重叠形成的π键的电子云分布在原子核的上下两侧π键的成键条件π原子轨道重叠能量较高的轨道两个相邻原子必须具有未成对的电子，且这些电子必须位于p参与形成π键的p轨道比参与形成σ键的s轨道能量更高，所以轨道上两个p轨道必须平行重叠，形成一个π键π键比σ键能量更高，强度更弱键的复合成键π多重键π1多个原子之间形成多个键，如乙炔分子中两个碳原子之间π形成一个键和两个键，构成三键σπ键共轭体系π2多个键彼此之间相互作用形成键共轭体系，如苯分子中ππ六个碳原子之间的键相互作用形成一个环状键共轭体系ππ键与光谱π3键的形成与共轭体系会影响物质的光谱性质，例如，共轭π体系的物质通常在可见光范围内吸收，呈现颜色共价键强度共价键强度是指断裂化学键所需的能量共价键强度影响物质的物理性质和化学性质例如，高共价键强度使物质具有高熔点和沸点，低共价键强度使物质易于反应共价键强度与键长、键级和成键原子的电负性有关共价键长度共价键长度是指两个原子核之间的距离，即共价键的键长共价键长度与键的强度和原子的大小有关键强度越大，键长越短原子半径越大，键长越长例如，C-H键的键长为

1.09埃，而C-C键的键长为

1.54埃埃埃

1.

541.09C-C键长C-H键长碳原子之间形成的共价键碳原子和氢原子之间形成的共价键埃埃

1.

431.34C-N键长C-O键长碳原子和氮原子之间形成的共价键碳原子和氧原子之间形成的共价键共价键在化学中的应用有机化学共价键是构建有机分子结构的基础生物化学DNA和蛋白质等生物大分子中的共价键起着至关重要的作用材料科学共价键连接不同的原子，形成各种各样的聚合物材料共价键与离子键的区别电子转移键型12离子键通过电子转移形成，离子键形成的化合物通常为而共价键通过电子共享形成离子化合物，而共价键形成的化合物通常为共价化合物性质溶解性34离子化合物通常具有较高的离子化合物通常可溶于极性熔点和沸点，而共价化合物溶剂，而共价化合物通常可通常具有较低的熔点和沸点溶于非极性溶剂共价键的优缺点优点优点共价键可以形成多种多样的分子结构，提供丰富的物理和化学性质例许多共价键的键能比较高，因此形成的分子比较稳定例如，钻石的共如，共价键可以使分子具有独特的形状、颜色、气味和熔点价键结构使其具有极高的硬度和熔点缺点缺点共价键形成的物质在水中通常不易溶解，而且它们的电导率比较低例共价键形成的物质通常具有较低的熔点和沸点例如，甲烷、乙醇等物如，油脂和蜡等有机物，由于分子间以共价键结合，因此难以溶解于水质，由于分子间以共价键结合，因此熔点和沸点较低共价键与氢键的关系氢键的形成氢键在生物分子中的作用氢键对物质性质的影响氢键是分子间的一种较弱的相互作用力氢键在许多生物分子中起着至关重要的氢键对物质的物理性质，例如水的沸点，通常发生在带正电荷的氢原子与带负作用，例如，它们有助于稳定DNA双和熔点，有显著影响，因为它们会增加电荷的氧、氮或氟原子之间它们是一螺旋结构，并促进蛋白质折叠分子之间的相互作用种特殊的共价键，在水等极性分子中起重要作用共价键中的电子云分布共价键形成时，两个原子核之间电子云密度增加，形成一个电子云电子云分布是共价键的重要特征，反映了电子在成键过程中的分布状态电子云分布可以是均匀的，也可以是不均匀的电子云分布影响共价键的极性，决定了共价键的性质共价键中的电子云畸变共价键中的电子云畸变是指由于共价键中原子间电负性差异或其他因素，导致电子云分布不均匀，出现偏离理想对称形状的情况电子云畸变会影响共价键的极性，进而影响分子性质影响电子云畸变的因素包括原子半径、电负性和共轭体系等例如，在极性共价键中，电负性较大的原子会吸引更多的电子云，导致电子云分布向该原子方向偏移，形成极性共价键共价键的极性极性共价键非金属元素之间形成的共价键，电子云偏向电负性强的原子，形成极性共价键非极性共价键相同原子之间形成的共价键，电子云均匀分布，形成非极性共价键偶极矩极性共价键具有偶极矩，表示正负电荷的分布情况，影响物质的物理化学性质共价键的成键角成键角定义影响因素共价键的成键角是指两个共价键之间成键角受到中心原子周围的电子对数的夹角它们取决于中心原子周围的量、电子对之间的排斥力、原子轨道电子对排斥力，以及原子轨道之间的杂化类型和电子云形状等因素的影响重叠程度共价键的杂化概念介绍杂化类型杂化轨道是原子轨道线性组合主要的杂化类型包括sp、sp2产生的新轨道这些混合轨道和sp3杂化，它们分别是由一具有不同的形状和能量，可以个s轨道和一个、两个或三个p更好地解释化学键的形成轨道混合而成的杂化轨道的应用杂化轨道理论可以有效地解释分子结构和键角，例如CH

4、H2O和CO2等分子的成键方式杂化sp轨道重组线性结构12一个s轨道和一个p轨道混合sp杂化轨道形成线性结构，形成两个等价的sp杂化轨道例如CO2和BeCl2分子键角键强度34sp杂化轨道之间的键角为sp杂化轨道具有更高的电子180度，导致分子呈直线形密度，形成更强的共价键杂化sp2sp2杂化轨道sp2杂化的特点一个s轨道和两个p轨道发生杂化，形sp2杂化轨道之间的键角为120度，形成三个sp2杂化轨道，它们相互之间以成的分子结构为平面三角形结构，例120度夹角排布在同一平面上，剩下的如甲醛、乙烯等分子一个p轨道垂直于该平面，未参与杂化杂化sp3电子云形状甲烷分子结构乙烷分子结构sp3杂化轨道呈四面体结构，四个杂化甲烷CH4是典型的sp3杂化分子，四乙烷C2H6的两个碳原子都采用sp3轨道指向正四面体的四个顶点，键角为个碳氢键长度相同，键角均为

109.5°杂化，碳原子之间通过一个σ键连接，

109.5°每个碳原子与三个氢原子通过sp3-s键相连共价键的示例分析共价键广泛存在于各种物质中，是化学反应中原子间形成稳定结构的关键例如，水分子中氧原子与氢原子通过共价键结合形成一个稳定的水分子，而水分子之间也可以通过氢键相互作用，形成液态水共价键的经典理论原子轨道重叠经典理论认为，共价键是通过原子轨道重叠形成的，电子在重叠区域内共享，形成共价键电子对理论电子对理论认为，原子之间通过共享电子对形成共价键，每个电子对代表一个共价键价键理论价键理论将共价键解释为原子轨道之间的相互作用，并用原子轨道重叠的方式来描述共价键的形成共价键的量子力学理论电子云的描述原子轨道重叠量子力学理论利用波函数来描共价键的形成是原子轨道重叠述电子云的概率分布的结果电子云的形状和大小反映了电原子轨道重叠程度越高，共价子在空间中的运动规律键越强分子轨道理论量子力学可以解释分子轨道的形成和性质分子轨道理论可以解释共价键的类型和强度共价键的现代理论分子轨道理论密度泛函理论12该理论解释了共价键形成过将电子密度作为基本量，更程，以及电子在分子中的运精确地描述了电子结构和共动和分布价键量子化学计算3利用计算机模拟计算来研究共价键性质，提供更深入的理解本课程总结

11.共价键

22.σ键化学键的一种，通过原子之最常见的共价键类型，电子间共享电子对形成，稳定物云沿着键轴方向分布质

33.π键

44.杂化原子间以重叠的方式形成，原子轨道相互混合，形成新电子云在键轴上方的空间分的杂化轨道，更稳定地形成布共价键拓展学习资料推荐深入学习实践探索推荐阅读《化学原理》等教材，深入了解共尝试进行化学实验，观察共价键在化学反应价键的理论基础中的作用在线课程网络资源利用慕课平台学习相关课程，拓展共价键的搜索相关网站和博客，获取更多共价键的案知识例和应用。