9第三节有机化合物中的化学键sp杂化是一个s轨道和一个p轨道进行的杂化。杂化后生成两个均等的sp杂化轨道，它们分布在以碳原子为中心的同一直线的两个相反方向上，其夹角为180°。每个sp杂化轨道都含有1/2s轨道和1/2p轨道的成分。sp杂化轨道的轴与两个p电子云的轴是两两相互垂直的，其空间分布如图1-9。乙炔分子中的碳原子就是经sp杂化后成键的。Sp1两个未杂化的p轨道两个sp杂化轨道图1-9碳原子两个sp杂化轨道和两个未杂化的p轨道的空间分布四、键和元键的电子结构及其反应性能共价键按其共用电子对的数目不同，可分为单键和重键两种。共用一对电子而形成的键，叫做单键；共用两对或两对以上电子而形成的键，叫做重键。由于p轨道和杂化轨道都是有方向的，所以在形成共价键时，原子轨道也可以按不同的方向进行重叠，按照成键的原子轨道的方向不同，共价键又可分为。键和元键。(一）。键两个成键的原子轨道沿着其对称轴的方向相互重叠而形成的键，叫做。键。构成。键的电子，叫做。电子。例如，甲烷分子中的碳氢键和乙烷分子中的碳氢键及碳碳键都属于。键（图110）。(A)(B)图1-10（A）s轨道和sp3杂化轨道形成的。键：（B）两个sp3杂化轨道形成的。键由于形成。键的原子轨道是沿着对称轴的方向相互重叠的，所以。键的电子云分布近似圆柱形。因此，用这种键连接的两个原子或基团，可以绕键轴自由
第一章绪论10旋转，。键不致发生断裂。另外，由于成键原子轨道是在直线上相互重叠的，所以重叠程度最大，即。键比较牢固，在化学反应中比较稳定，不易断裂。键存在于一切共价键中。（二）元键在形成共价重键时，成键原子除了以。键相互结合外，它们的p轨道又相互平行重叠形成键，此时，成键的两个P轨道方向恰好与连结两个原子的轴垂直、这种键叫做元键。构成元键的电子叫做元电子，例如，在乙烯中的碳碳双键就是由个。键和一个元键组成的（图1一11）。1X%（A）。键和键分布图（B）元电子云的形状和分布图1-11乙烯分子中的价键分布从图1一11可以看出，在乙烯分子中，所有的原子都在同一平面上，两个碳原子除了用。键结合外，它们的p轨道还平行重叠形成元键。元电子云垂直分布在分子所在平面的上下，且呈块状，分子所在平面是元键的节面。乙炔分子中的三键情况与乙烯分子中的双键大致一样。不同的是，乙炔的三键是由一个。键和两个元键组成的（图1-12A）。乙炔分子中，每个碳原子各用两个p轨道分别平行重叠，形成两个相互垂直的元键。这两个元键的电子云相互影响的结果，又构成一个围绕C一C。键的圆简形（图1-12B)。Hp轨道（A）α键和元键分布图（B）元电子云的形状和分布图1-12乙炔分子中的价键分布
11第三节有机化合物中的化学键由于元键是两个p轨道平行重叠形成的，与。键相比，轨道重叠程度小，所以在化学反应中，元键容易断裂，碳原子趋向于形成比较牢固的。键。因而含有重键的化合物都容易发生加成反应。五、共价键的属性（一）键长两个成键原子的核间距离，叫做键长，其单位用nm（10-9m）来表示。共价键的键长主要决定于两个成键原子的性质及结合方式，故同一种键的键长接近一个常数。由于不直接键合的原子或原子团对键长也有一定的影响，所以在不同分子中，同一种键的键长并不完全相等。例如，在乙烷中C-C键长为0.154nm，而在乙醛中CC键长为0.151nm。常见共价键的键长见表1-1。表11常见共价键的键长、键能和偶极矩偶极矩/×10-30cm共价键键长/nm键能/kJ?mol-14131.33C-H0.10903450.154C-C0609C-C0.13408340.120C=C3040.73C--N0.1463.00614Cs-N0.1270.11588911.00C=N3572.47C-00.144736(醛)7.67C-00.122748(酮)C-s0.1812723.000.1635758.67C=-S0.1424854.70C-F0.1773394.87C-CIC-Br0.1932844.602173.97C-10.2120.1043904.37N-H462O-H0.0965.04S-H0.1353472.27(二)键能使1.mol气体双原子分子的键断裂生成基态中性原子时吸收的能量，叫做键能，其单位用kJ·mol-1表示。对多原子分子来说，键能是一个平均值，例如，气体甲烷分解为碳原子和四个氢原子所吸收能量的四分之一即为C一H键的键
第一章绪论12能。键能是化学键稳定性的主要标志之一。一般说来，在同类键中，键能越大，键越稳定。键能的大小取决于成键原子轨道的重叠程度，重叠程度大，键能就大。在一个分子中，键能大，分子的总能量就低。反之，分子的总能量愈低，则键断裂时所吸收的能量愈大。常见共价键的键能见表1-1。（三）键角在分子中，同一原子上相邻两个共价键在空间的夹角，叫做键角。键角和键长决定着分子的立体图像。表1-2列出了几种分子的键角和立体图形。表1-2几种分子的键角和立体图形键角化合物类型分子图形键角分子图形化合物类型一CEGTOa直线四面体Q=105°α=180°水乙炔棱锥形α=107°平面正六角形α=120°a安苯a碳原子不在正四面体α=109.5°α=108°同一个平面上环戊烷甲烷α=121.6°分子为椅型平面α=109.5°β= 116.7或船型乙烯环烷（四）键的极性和极化作用如果两个成键原子对键合电子的吸引力不一样，就使键的端带部分止电荷，另一端带部分负电荷，即此键有一个正极和一个负极，这种键称做极性键，或者说，它具有极性。如果两个成键原子对键合电子的吸引力-一样，键的正、负电中心重合，此键就称做非极性键。键的极性主要是成键原子的电负性不同而引起的，所以根据两个成键原子电负性的大小可以判断一个共价键是不是极性键或非极性键。一般说来，两个原子的电负性差别越大，键的极性就越强。键极性的定量描述是用偶极矩（键矩）来表示的。偶极矩（）的大小等于极性共价键上正电中心（或负电中心）的电荷量（g）乘以正、负电荷中心之间的距离（d）：μ=qxd偶极矩的单位为库仑·米（C·m），电荷量的单位为库仑（C)，距离的单位为
13第三节有机化合物中的化学键米（m）。偶极矩是一个向量，通常用+→表示，箭头从正电荷指向负电荷。有时也可以用*或来表示构成极性共价键的原子带部分正电荷或部分负电荷的情况。例如：HCHCH3Hd*8"8*$H-NHH-CH,HCIH,C-CI图1-13某些分子的偶极矩和某些成键原子带部分电荷的表示法常见共价键的偶极矩见表1一1。偶极矩越大，键的极性越强。在一个分子中，如果它的正电中心和负电中心不相重合，则它就具有极性，这样的分子称做极性分子；反之，称做非极性分子。例如，H,O,HCI,CH,OH等皆为极性分子，而H2，CH4，CCL4，CO,等皆为非极性分子。确定分子极性大小的物理量是分子的偶极矩，其计算方法同上。分子的偶极矩主要是由成键原子的性质和结合方式决定的，但是，分子中的未共用电子对也直接影响偶极矩的大小。极性键和非极性键的成键电子云分布状态可以因外电场（包括进攻试剂产生的电场）的影响而发生改变，其结果导致极性键的极性增强，而非极性键的正、负电荷中心分开，不再重合，因而产生极性。这种由于外电场的影响而引起键的极性变化，叫做键的极化作用或可极化性。不同的共价键，对外界电场有不同的感受能力，这种能力称做键的极化度（或极化率）。显然，极化度越大的共价键，越容易受外界电场影响而发生极化。键的极化是暂时的，当外电场存在时表现出来，而外电场消失时则键恢复原来状态。键的极化对键的化学活性常常起着决定性的作用。键的极性和极化性是决定分子物理性质和化学性质的重要因素。六、共价键的均裂和异裂任何一种化学反应都包含着两种不同的过程：反应物分子中某些化学键发生断裂和组成反应物分子的原子或原子团又重新形成新的化学键。所以，要认识一个反应的本质，就必须研究化学键的断裂和形成情况