第4章化学键与分子结构¶

本章中心问题¶

原子为什么会结合，形成的粒子为什么具有特定的键长、空间构型、极性和磁性？ Lewis结构、价层电子对互斥模型、价键模型和分子轨道模型各自看见了什么，又在哪些问题上会失效？

本章不寻找一个可以包办全部成键问题的图像，而是建立一套模型选择方法：

先明确要解释的证据，再选择复杂度足够且边界清楚的模型。

学习本章之前¶

必须掌握¶

第2章复习中的轨道、量子数、电子排布和磁性；
第3章复习中的原子尺度、电离能和电负性；
价电子数、离子电荷与氧化态；
能量降低通常对应更稳定的状态。

建议熟悉¶

Coulomb吸引和排斥；
函数极小值与斜率的定性意义；
化学式和常见主族化合物。

3分钟诊断¶

\(\ce{O}\)原子的价电子排布是什么？
H与Cl相比，哪一个电负性更高？
\(\ce{NaCl}\)中的Na氧化态为\(+1\)，是否证明晶体中Na的实际电荷必然精确等于 \(+1e\)？
一个分子呈抗磁性，意味着其中可以存在未成对电子吗？

查看诊断答案

\(2s^22p^4\)；
Cl；
不能。氧化态是形式电子记账，实际电子密度需由更完整模型或实验分析；
基态抗磁物质没有产生永久顺磁响应的未成对电子。

本章学习成果¶

完成本章后，你应该能够：

用核间距—势能关系解释平衡键长、断键吸热和成键放热；
比较键的极性，并说明离子键—共价键简单二分法的局限；
绘制常见主族分子和离子的Lewis结构，计算形式电荷并处理共振；
判断缺电子、奇电子和超价结构为什么超出简单八隅体规则；
用VSEPR由电子域预测分子构型和主要键角变化；
由键偶极的矢量合成判断分子极性，并联系结构证据；
用价键与杂化模型描述局域成键、\(\sigma\)键和\(\pi\)键；
用分子轨道模型计算键级并解释同核双原子分子的磁性；
把分子轨道思想推广到异核键和离域体系；
根据目标性质选择Lewis、VSEPR、价键或分子轨道模型，并说明结论边界。

核心单元¶

单元	标题	状态
4.1	化学键、键能与键的极性	初稿完成
4.2	Lewis结构、形式电荷与共振	初稿完成
4.3	八隅体规则的适用范围	初稿完成
4.4	VSEPR与分子几何	初稿完成
4.5	键偶极、分子极性与结构证据	初稿完成
4.6	价键模型、杂化与多重键	初稿完成
4.7	同核双原子分子的分子轨道	初稿完成
4.8	异核成键、离域与模型选择	初稿完成
章末	知识地图、综合练习与章节测验	初稿完成

本章模型路线¶

可观测的稳定性、键长和极性
└─ 4.1 势能与键型连续性
   └─ 4.2 Lewis电子计数
      ├─ 4.3 八隅体边界
      └─ 4.4 VSEPR空间构型
         └─ 4.5 键偶极合成与结构证据

局域轨道图像
└─ 4.6 价键、杂化、σ键与π键

离域轨道图像
├─ 4.7 同核双原子分子
└─ 4.8 异核与多中心体系、模型选择

本章不负责¶

系统讲授分子间作用力、液体和固体性质（第5章）；
用反应焓、熵和Gibbs能完整判断反应自发性（第6章）；
过渡金属\(d\)轨道分裂和配位场理论（第11章）；
完整的配合物分子轨道理论；
群论、不可约表示和光谱选择定则；
把任何一种成键模型描述为不可修正的真实照片。

4.1～4.8、章末知识地图、综合练习和测验已完成首轮章内整体复核。复核已回看第2章的轨道、Hund规则和磁性语言，以及第3章的电负性、氧化态、第二周期特殊性和超价预告。第5章完成后将再次检查分子极性与分子间作用力的边界；第11章完成后复核Lewis 供受、CO配位和主族/配位成键模型的衔接。

第4章 化学键与分子结构¶