无机化学原理PPT课件

1、第1页/共114页 1）掌握化学键参数和分子的性质。 2）掌握离子键的本质和特征。 3）熟练运用价键理论讨论共价键的本质、特征、类型。及解释共价分子的几何构型。 教学目的：第2页/共114页 4）掌握分子轨道理论的基本要点。 5）熟练运用价层电子对 互斥理论推断分子构型。 6）了解金属键理论。 7）掌握分子间作用力，氢键。第3页/共114页 共价键 离子键 金属键理论 VSEPR推断分子构型。重点与难点重点与难点：第4页/共114页 2、1 化学键参数 2、2 离子键 2、3 共价键理论 2、4 金属键理论 2、5 分子间作用力、氢键第5页/共114页第6页/共114页 2-1-1 化学键参数

2、化学键： 分子或晶体中相邻原子或离子间的强烈的相互作用力。 分为离子键、共价键、金属键。第7页/共114页 键能：bond energy 在标准状态下（101.3KPaP100KPa,298K） 将1mol理想气体分子AB拆开为理想气体，A 原子和B原子时所需的能量为AB的 解离能。 D（AB） 单位：KJ / mol第8页/共114页 AB (g) A (g) + B (g) D (AB) Cl2 (g) 2Cl (g) E (ClCl) = D (ClCl) = 247kJ/mol双原子分子： 离解能 = 键能第9页/共114页多原子分子：NH3（g）NH2（g）+H（g）D1=435.1

3、kJmol-1 NH2（g）NH（g）+H（g） D2=397.5kJ mol-1 NH（g）N（g）+H（g） D3=338.9kJ mol-1 E (N-H) = 1/2 (D1+D2+D3) = 390.5 KJ mol-1 NHHH第10页/共114页同样的键在不同的分子中键能也是有差别的. 键能 ： 是平均值 E（c c） E（c c） E（c - c）意义： 键能是表征化学键强度的重要参数。键能越大，键的强度越大，键也越牢固，分子越稳定。第11页/共114页 2 . 键长 bond lengh 定义： 分子中化学键相连的两个核之间的平衡距离. 键长越短 、 键强越大.3. 键角 b

4、ond angle 分子中键与键的夹角 反映了分子中空间构型第12页/共114页4. 键的极性：非极性键： 当两个原子以化学键结合 之后，正电荷重心与负电 荷重心完全重合，则两原 子间就形成了非极性键。 H2 、 Cl 2、O 2 X = 0第13页/共114页极性键： 正电荷重心与负电荷重心不 完全重合，则两原子间就形 成了极性键。 HCl H2O NH3 X越大，键的极性越大 X0第14页/共114页2-1-2 分子的性质1.分子的极性：d- q+ q偶极子第15页/共114页 偶极距 ： u = q-d 单位： 库仑 * 米 （C m） 1D = 3.3 10-30 c.m D: 德拜

5、矢量，既有大小，又有方向 从正电重心转移到负电重心.第16页/共114页 非极性分子 u = 0 极性分子 u 0 双原子分子:(非极性键 ). 相同原子组成的双原子 分子. u=0 是非极性分子 H2 、O2 、Cl2第17页/共114页不同原子组成的双原子分子. u0 是极性分子.HCl HF多原子分子:相同原子组成S8 P4 u=0而03 u0构型有关相同原子组成分子构型若完全对称 u=0 CH4 BF3 CO2分子构型若不完全对称 u0 H2O CHBr3 NH3第18页/共114页多原子分子:相同原子组成S8 P4 u=0而03 u0构型有关不同原子组成分子构型若完全对称 u=0 C

6、H4 BF3 CO2分子构型若不完全对称 u0 H2O CHBr3 NH3第19页/共114页2.分子的磁性. 根据物质在磁场中的表现 可分三类 抗磁性物质: 在磁场中,诱导产生一个逆 磁场方向的磁距 ，对外磁场有微 弱的抗力，使磁场强度有所减少. 第20页/共114页 顺磁性物质: 在磁场中,能产生顺磁场方向的磁 距 而被微弱的磁化.使总的磁场强度有 所增加. 铁磁性物质: 在磁场中表现出很强的磁性，使 磁场强度显著增大 ，在外磁场撤除后， 磁性不致消失。第21页/共114页影响因素： 内部结构 分子中成单电子数有关。 um = n（n+2）1/2 n = 0 ，u = 0 B.M 玻尔磁子

7、第22页/共114页第23页/共114页 离子键： 原子得失电子后形成正负离 子.正负离子间靠静电引力结合 而形成的化学键. 1916年，德、W.Kossel 柯赛尔 第24页/共114页 2-2-1 离子键理论基本要点1.离子键的形成. Na(s) + Cl2(g) Na+ Cl-(s) 活波金属原子和活波的非金属原子靠近时, 金属原子易失去电子变成正离子 非金属原子易得到电子变成负离子. 正负离子通过静电引力结合在一起形成 离子型离子键.第25页/共114页 X 1.7 没有 100% 离子键性 CaF 92 % 离 8 % 共2.离子键的本质静电引力V0d0吸引加排斥第26页/共114页

8、3.离子键的特征.没有方向性 没有饱和性.(空间位阻） NaCl (6) CsCl(8) 2-2-2 离子键的强度晶格能第27页/共114页 晶格能 Lattice energy 相互远离的气态正负离子结合成1mol离子晶体时所释放的能量. Na+(g) + Cl-(g) NaCl(s) Hm = - 786KJ/mol UNaCl = 786KJ/mol NaCl(s) Na+(g) + Cl-(g) Hm = + 786KJ/mol 第28页/共114页数据可以计算波恩哈伯循环 Na(s) +1/2 Cl2 (g) NaCl(s)Na(g) Cl(g)Na+(g) + Cl -fHm =H

9、1 +H2 + H3+ H4+ H5fHNaClH5 =-ClH4H3H2H1第29页/共114页H 4 Cl2 (g) 的电子亲和能 E = 349 KJ/mol H 4 = - E = - 349 KJ/mol-U = fHm - H1 -H2 - H3 -H4U = - fHm +H1 +H2 +H3 +H4 = + 411 + 108 + 121 + 496 - 349 = 787 KJ/mol第30页/共114页fHm NaCl 生成焓 - 411 KJ/mol H1 Na+ (s) 升华热 S=108KJ/mol H2 1/2 Cl2 (g) 离子化能 D = 121 KJ/mol

10、 H3 Na 的电离能 H3 = I = 469 KJ/mol第31页/共114页 影响U大小的因素 离子的 ： Z (电荷). r 电子构型 a. 电荷越高, U越大、离子键越 强、 熔沸点越高. b. r 越小 ， U越大、离子键越 强、 熔沸点越高.具有8e-、2e- 构型是稳定的电子构 型，形成的离子键越强， U越大 第32页/共114页第33页/共114页 1916 年，美国化学家 路易斯， 共用电子对 分子中原子均具有 8e 稀有气体的稳定构型. 原子通过共用电子对形成化学键. 八隅体规则.第34页/共114页 用两个圆点或一条短线代表一对电子.H C HH O HH N HHHH

11、N NN N第35页/共114页Lewis缺陷: 未能揭示共价键本质特点. 八隅体规则不适合某些分子. BF3 PCl5 难以解释某些分子的特征. O2 是顺磁性 第36页/共114页1927.德国化学家海特勒. WHeitler 伦敦 F.London量子力学理论应用到分子结构，后经泡林Pauling 等人发展.现代价键理论(一)VB共价 键 本质 Valence Bond Theory第37页/共114页一.成键原理1. 成键原子相互靠近时,各自提供自旋相反的成单电子耦合配对形成共价键.共价键可以是 单键. 双键. 叁键.2. 只有合成单电子的原子轨道相互重叠，才能形成共价键。第38页/共

12、114页【原子轨道重叠成键须满足三条原则：】 能量近似 对称性匹配，原子轨道同号叠 加，异号相减. 满足最大重叠，原子轨道重叠越 多，两个原子核间电子云密度越 大，体系越稳定.第39页/共114页 二、共价键的本质 H2 基态R458 kJ / molR0 R0 = 74 pmH2E排斥态结合能 De 与键能相近 436 KJ / mol第40页/共114页 排斥态B2A第41页/共114页共价键也属于电性引力,只不过是成键原子的原子核对电子云重叠部分的吸引. 三、共价键的特点1. 共价键具有饱和性 每个原子成键的总数或与其以单键 相连的原子数目是一定的.第42页/共114页H ： 1S 一个

13、共价键B、C、N ： 2S 2P 最多 4 个共价键 BF4 - CH4 NH4 + 没有 CF6 - N 5Cl : 3 P 5 一个单电子 Cl2而不是 Cl3第43页/共114页 3 . 共价键的方向性. （满足最大重叠）2Px 1s 正确 错误+-+-第44页/共114页 四、共价键的类型原子轨道重叠方式不同，可形成不同类型的共价键。 S S 轨道 H H H2第45页/共114页 Px - S Px - Px F F 键 头碰头 S-S 圆柱形对称 Px-S 键能大 PX-Px 稳定性高电子云重叠形成的第46页/共114页Pz- Pz Py-Py第47页/共114页 d - P 单键

14、 双键 + 三键 + + B: 1S2 2S2 2P1 BF3 三个 2S 2P2第48页/共114页 电子对接受体 电子对给予体 配位键 CH2 不稳定 CH 4 稳定 NFBHHFFNFFHFBNHH HHH第49页/共114页2-3-2 杂化轨道理论 一. 基本要点 1931，pauling 提出 CH 4 为例 杂化即为轨道重新组合（重组） 能量相近的轨道才能杂化。杂化前后，轨道数目不变，杂化后成键能力更强，形成分子更加稳定，杂化轨道在空间伸展满足相互的排斥力最小使形成的分子能量最低。第50页/共114页 二 。杂化轨道的类型及对分子空间 构型的解释 1.） SP 杂化 BeCl2 B

15、e : 1S2 2S2 2P0 激发 1S2 2S1 2P1 杂化 +Cl 2个Sp S :1/2 P :1/2+-第51页/共114页SpSpCl Be- Cl+-+-电子云重叠第52页/共114页 2 ） SP2 BCl3 B : 2S2 2P1第53页/共114页ClBClCl120由电子云重叠形成的+第54页/共114页 3. SP3 CH 4 C : 2S2 2P2 2S1 2P3 SP3 : 1/4 S 3/4 PHHHCH109度28分第55页/共114页 4. SP3d PCl5 SP3dClClClPClCl第56页/共114页 5. SP3d2 SF6SFFFFFF第57页

16、/共114页6. 等性杂化 不等性杂化等性杂化：若参与杂化 的原子轨道成 分相等，则轨道 的能量相等。不等性杂化：成分不相等， 能量不相等。 第58页/共114页H2O O:NH3N:HHO第59页/共114页若配体不同，键角不同， 也算不等性杂化。 CH4 NH3 H2O Sp3 Sp3 Sp3HHCHHHHNOHHH第60页/共114页三。 不足 要推知一个分子杂化类型是很困 的，即先有事实后有理论分析。 2-3-3 价层电子对互斥 理论 VSEPR 第61页/共114页1940 西奇威克 鲍威尔 1957 吉莱斯比 尼霍姆 提出发展第62页/共114页一. 基本要点 分子或离子的空间构型

17、是由该 分子中心原子的价电子对数以及电子对之间的相互排斥作用而决定的.中心原子周围的 价电子对应尽可能彼此相互远离，使电子对之间的静电斥力最小，体系能量最低.第63页/共114页 1. ABn A: 中心原子 B：配位原子 n：是B 的数目 ABn构型与分子的价层电子对有关. 分子的构型总是采取电子对 相互排斥力作用最小的结构. 2 . 为了减少价电子对之间的斥力，电子对间尽可能互相远离. 价电子层看成一个球面。第64页/共114页AA第65页/共114页举例：CO2 BeCl2 NH4 + CH4 NH3 H2O PCl5 PH3 BF4- NO2第66页/共114页价电子对 = 成键电子对

18、 + 孤电子数 H2O：4 = 2 + 2 A X2 E2 型 排斥力大小比较：HOH第67页/共114页1） 夹角越小，排斥力越大2） 孤- 孤 孤- 成 成 - 成3） 叁键 双键 单键4） Xw- Xw Xs-Xw Xs-Xs 电负性小5） 中心原子处于全满价层键合电子之间的斥力大于处于中心原子半满价层键合电子之间的斥力。第68页/共114页二. 判断分子构型的一般步骤 SF4 求价层电子对数（6+4）/2 =5 孤对电子对 = 5 4 = 1 确定价层电子对构型画出可能有的电子构型.S第69页/共114页FFSFFFFFSF(a)(b)找出最小角 90 度孤-孤 0 0 孤-成 3 2第70页/共114页最小的即为稳定构型：变形四面体 BrF3 (7+3) / 2 = 5 XeF2 XeF4 ClF5 2 对 AB2 B - A- B 3 对 AB3 AB2E （ V 型）BBBAABB第71页/共114页4对 AB4 2-3-4 分子轨道理论 1932 前后，美国 和 F.Hun