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成键的两个原子核间的连线称为键轴,按照键轴与成键轨道之间对称性的关系,共价键主要分为。键和x键两种键型(不常见的δ键在本章不做介绍)。
将成键轨道通过键轴旋转任意角度,图形及符号均保持不变,则为σ键,σ键的键轴是成键轨道的无限多重轴。可以将σ键形象化描述成轨道的“头碰头”重叠,如HCl和Cl2分子中都形成。键(图6-9)。
将成键轨道绕键轴旋转180°,图形复原但轨道的符号变为相反,则为π键。可以将π键形象化描述成轨道的“肩并肩”重叠。例如,O2分子中两个原子形成2个共价键,一个是“头碰头”重叠的σ键,而另一个则是“肩并肩”重叠的π键(图6-11)。
在图6-11中,通过键轴并垂直于成键轨道的平面是成键轨道的节面,可以将π键描述为对通过键轴的节面呈反对称,即π键经过节面进行反映操作,图形复原但改变了轨道的符号。
4)键参数
共价键的特征经常用键能、键长和键角等物理量来描述,这几个物理量称为键参数。其中最重要的是键角,键角决定分子的几何构型。
图6-11 π键重叠方式及与键轴的关系
对于双原子分子,键能为气态分子解离成气态原子所需要的能量,即键能E等于分子的解离能D。
ABK(g)=A(g)+B(g) △H=-DAB=EAB
但对于多原子分子,键能等于分子的平均解离能。例如,H2O分子解离
H2O(g)=H(g)+HO(g) D1=△H1
HO(g)=H(g)+O(g) D2=△H2
则H2O分子中O-H键的键能为
【例6-3】由以下NH3解离反应计算NH3分子中N-H键的键能。
NH3(g)=H(g)+NH2(g) D1=435kJ·mol-1
NH2(g)=H(g)+NH(g) D2=377kJ·mol-1
NH(g)=H(g)+N(g) D3=314kJ·mol-1
解键能为气态分子断开1mol某种化学键的平均解离能。NH3分子中有3个N-H键,则N-H键的键能为分别断开3个N-H键的解离能的平均值,即
键长为分子中成键两原子核之间的距离。一般来说,键长越短,共价键越强,键能越大。例如,乙烷中C-C键键长为154pm,键能为368kJ·mol-1;乙烯中C=C键键长为134pm,键能为682kJ·mol-1;乙炔中C≡C键键长为120pm,键能为962kJ·mol-1。
应该注意,相同的键在不同的化合物中,键长和键能不相同,如在CH4和CH3OH中C-H键的键长、键能都是不同的。
键角是指分子中键轴与键轴之间的夹角。在多原子分子中才涉及键角,键角决定分子的几何构型。例如,CO2分子中O-C-O键角为180°,决定了CO2分子构型为直线形;NO2分子中O-N-O键角为134°,决定了NO2分子构型为V字形;SO3分子中O-S-O键角为120°,决定了SO3分子构型为正三角形。
相关链接:价键理论及共价键的方向性和饱和性
文章来源:《无机化学核心教程(第二版)》
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