[理学]无机化学Lect06 化学键与分子结构ppt课件

1、第六章第六章 化学键与分子构造化学键与分子构造 Chemical Bonds And Chemical Bonds And Molecular StructureMolecular Structure主讲人：石锦芹主讲人：石锦芹单单 位：浙江工商大学位：浙江工商大学食品与生物工程学院食品与生物工程学院教学内容和要求教学内容和要求v 6.1 离子键实际离子键实际v 6.2 共价键实际共价键实际v 经典的经典的Lewis学说学说 价健实际价健实际v 杂化轨道实际杂化轨道实际 分子轨道法分子轨道法v 共价键的极性和分子的极性共价键的极性和分子的极性v 6.3 金属键实际金属键实际v 6.4 分子间力

2、与氢键分子间力与氢键v 掌握：化学键的根本概念，共价键的类型和杂化轨道实际；掌握：化学键的根本概念，共价键的类型和杂化轨道实际；v 熟习：共价键价键实际的根本要点；离子键和共价键的极性熟习：共价键价键实际的根本要点；离子键和共价键的极性和分子的极性；分子间的作用力和氢键。和分子的极性；分子间的作用力和氢键。v 了解：共价键的构成。了解：共价键的构成。6.1 6.1 离子键实际离子键实际 离子键实际的根本要离子键实际的根本要点点 离子键的构成和定义离子键的构成和定义 离子键的特点离子键的特点 离子的特征离子的特征 离子半径离子半径 离子电荷离子电荷 离子的电子构型离子的电子构型 离子键的强度离子

3、键的强度离子键的构成和定义离子键的构成和定义v 当电负性相差大的两种原子相互接近时，都有到达稳定电子当电负性相差大的两种原子相互接近时，都有到达稳定电子构造的倾向，电负性小的原子易失去电子构成正离子，电负构造的倾向，电负性小的原子易失去电子构成正离子，电负性大的原子易得到电子构成负离子。正、负离子之间除了静性大的原子易得到电子构成负离子。正、负离子之间除了静电相互吸引外，还存在电子与电子、原子核与原子核之间的电相互吸引外，还存在电子与电子、原子核与原子核之间的相互排斥作用。正、负离子接近到一定间隔时，吸引作用和相互排斥作用。正、负离子接近到一定间隔时，吸引作用和排斥作用到达了平衡，系统的能量降

4、到最低，正、负离子之排斥作用到达了平衡，系统的能量降到最低，正、负离子之间就构成了稳定的化学键。这种靠库仑静电引力相互吸引而间就构成了稳定的化学键。这种靠库仑静电引力相互吸引而构成的化学键叫离子键。构成的化学键叫离子键。构成离子键的必要条件：电离能低的活泼金属元素与电构成离子键的必要条件：电离能低的活泼金属元素与电子亲合能高的活泼非金属元素，即电负性差值足够大。子亲合能高的活泼非金属元素，即电负性差值足够大。离子键的特点离子键的特点NaClCsCl离子键的强度晶格能离子键的强度晶格能U U， Lattice Energy Lattice Energy v 定义：气态正离子和气态负离子结合成1m

5、ol离子晶体时所放出的能量。v 离子电荷愈高，正负离子之间的核间距愈小，晶格能愈大，离子键越结实，熔点越高，硬度越大。v MgO,CaO,SrO,BaO:r,U,熔点，硬度？+-Na ( )F ( )NaF( )ggs21201(1)NAe Z ZUrn离子的特征离子的特征1 1：离子的电荷：离子的电荷v 离子的电荷数、离子的电子组态和离子半径是离子的三个重离子的电荷数、离子的电子组态和离子半径是离子的三个重要特征。要特征。v 1、离子的电荷、离子的电荷v 阴阳离子得失电子数。阴阳离子得失电子数。v 离子电荷的大小直接影响离子键的强度，因此也就影响离子离子电荷的大小直接影响离子键的强度，因此也

6、就影响离子及离子型化合物的性质，如颜色、熔点、沸点、硬度、稳定及离子型化合物的性质，如颜色、熔点、沸点、硬度、稳定性、氧化复原性等。性、氧化复原性等。v 普通正负离子的电荷越大，离子间静电引力越大，构成的离普通正负离子的电荷越大，离子间静电引力越大，构成的离子键越强，离子化合物越稳定。如大多数子键越强，离子化合物越稳定。如大多数 碱土金属离子碱土金属离子M2+的盐类比碱金属离子的盐类比碱金属离子M+的盐类难溶于水，熔点也较高。的盐类难溶于水，熔点也较高。离子的特征离子的特征2 2：离子半径：离子半径v 2、离子半径：、离子半径： Pauling离子半径标度离子半径标度v A.同一主族，从上到下

7、依次增大。同一主族，从上到下依次增大。v Li+ (70pm) Na+ (98pm) Mg2+ (75pm) Al3+ (55pm) v C. 同一元素，负离子原子正离子同一元素，负离子原子正离子v S6+ (30pm) S4+ (37pm) S (104pm) 孤电子对孤电子对-成键电子对成键电子对(L-B) 成键电子对成键电子对-成键电子对成键电子对(B-B)斥力的差别会影响分子的几何构型和键角。斥力的差别会影响分子的几何构型和键角。4如分子中有重键如分子中有重键(双键、叁键双键、叁键)存在，可看作一对成键电存在，可看作一对成键电子对，由于重键比单键含的电子数目多，排斥作用大，子对，由于重

8、键比单键含的电子数目多，排斥作用大，因此不同键之间的排斥力顺序为因此不同键之间的排斥力顺序为: 单键单键 双键双键 叁键。叁键。因此含重键的键角较大，而单键之间的键角较小。因此含重键的键角较大，而单键之间的键角较小。VSEPR：要点：要点VSEPR：判别分子几何构型的步骤：判别分子几何构型的步骤v 用该实际推测共价型分子的几何构型时，计算中心原子周围用该实际推测共价型分子的几何构型时，计算中心原子周围的成对电子对数目和孤对电子对数目。的成对电子对数目和孤对电子对数目。v 1先要确定中心原子先要确定中心原子A价电子层中总价层电子数价电子层中总价层电子数(n v)，由，由3部分组成：部分组成：v

9、A原子价电子数原子价电子数v 配位原子配位原子B提供的共用电子数，氧族元素原子作为配位提供的共用电子数，氧族元素原子作为配位原子时不提供电子，氢和卤素为配位原子提供电子数为原子时不提供电子，氢和卤素为配位原子提供电子数为1。v 加上负离子带电荷数或减去正离子带电荷数。加上负离子带电荷数或减去正离子带电荷数。v PCl4+： n v = 5 + 4 7 1 = 32 PCl5 ：n v = 5 + 5 7 = 40v PCl6-： n v = 5 + 6 7 + 1 = 48 XeF4：n v = 8 + 4 7 = 36v 2 n v 8 = 商商(1) -余数余数(1) ，商，商(1) =

10、成键电子对数；成键电子对数；v 3余数余数(1) 2 = 商商(2) - 余数余数=1或或0 ，商，商(2) = 孤对电子孤对电子对数；对数；4商商(1) + 商商(2) = 中心原子的杂化轨道数假设余数还有中心原子的杂化轨道数假设余数还有1，那，那么也当作一对孤对电子对来处置；么也当作一对孤对电子对来处置；5实例：实例：XeF2XeOF4XeO3I3-成键电子对数成键电子对数8+7*2=22/8 = 268+6+7*4=42/8 = 528+6*3=26/8 = 327*3+1=22/8 = 26孤对电子对数孤对电子对数6/2 = 32/2 = 12/2 = 16/2 = 3中心原子杂化类型

11、中心原子杂化类型sp3dsp3d2sp3sp3dVSEPR的优缺陷的优缺陷v 1.预测一些分子尤其是第一、二、三周期元素组预测一些分子尤其是第一、二、三周期元素组成的分子几何构型胜利而简便，并与杂化轨道实成的分子几何构型胜利而简便，并与杂化轨道实际的预测一致。际的预测一致。v 2.但预测第但预测第VA、VIA族构成的一些分子离子的族构成的一些分子离子的几何构型时，常与实验结果有出入。几何构型时，常与实验结果有出入。v3.不涉及成键过程及键的稳定性。严厉来说并不是不涉及成键过程及键的稳定性。严厉来说并不是一种化学键实际。一种化学键实际。v VSEPR与杂化轨道实际互为补充与杂化轨道实际互为补充.

12、分子轨道实际分子轨道实际v Molecular Orbital Theory，MO法法v AO2的的Lewis 构造式：构造式：v VB法表示法表示O2的成键过程的成键过程: v 均显示均显示O2的一切电子已成对，应为逆磁分子，实践是顺磁分子。的一切电子已成对，应为逆磁分子，实践是顺磁分子。v H2+ 单电子键单电子键? He2+ 三电子键三电子键? H2+ 的键能为的键能为269kJmol1，但单电子不能配对，为什么存在共价键的键能？，但单电子不能配对，为什么存在共价键的键能？v 不能解释不能解释CO2、BF3、C6H6等复杂分子中的离域等复杂分子中的离域键。键。v 1930年，由美国年，由

13、美国R. S. Mulliken和德国的和德国的Hund提出提出“分子轨道法分子轨道法MO。MO法强调分子中的电子在整个分子的势场中运动，是法强调分子中的电子在整个分子的势场中运动，是“非定域键非定域键 。而。而Lewis 实际和实际和VB法的共价键局限于成键两原子法的共价键局限于成键两原子之间，是之间，是“定域键。定域键。分子轨道实际：要点分子轨道实际：要点1、分子中电子在空间运动的形状用分子轨道波函数、分子中电子在空间运动的形状用分子轨道波函数 来描画来描画，又称分子轨道。，又称分子轨道。 |2表示电子在分子中空间某处出现的概表示电子在分子中空间某处出现的概率密度。率密度。 | |2d那么

14、表示电子在空间微体那么表示电子在空间微体d内出现的概内出现的概率。电子的自旋形状用分子轨道波函数的自旋部分率。电子的自旋形状用分子轨道波函数的自旋部分 描画，描画，那么那么 用描画分子中电子的运动。用描画分子中电子的运动。2、分子轨道由原子轨道线性组合而成，且轨道数目守恒，即：、分子轨道由原子轨道线性组合而成，且轨道数目守恒，即：分子轨道数目分子轨道数目 = 参与组成的原子轨道数目。参与组成的原子轨道数目。分子轨道实际：要点分子轨道实际：要点3、原子轨道必需满足以下、原子轨道必需满足以下3个原那么，才干有效组成分子轨道个原那么，才干有效组成分子轨道： 对称性；对称性； 能量相近；能量相近； 轨

15、道最大重叠。轨道最大重叠。原子轨道能量原子轨道能量kJ.mol-1：H E1s -1318 Cl E3p -1259 Na E3s -502 O E2p -1322 H与与Cl或或O构成分子轨道：构成分子轨道：H-Cl H-O-H而而Na与与H 、Cl或或O不构成共价键，只构成离子键。不构成共价键，只构成离子键。4、电子填入分子轨道时，遵照、电子填入分子轨道时，遵照3原那么：原那么： Pauli不相容原理、最不相容原理、最低能量原理和低能量原理和Hund规那么。规那么。v 5、每一个分子轨道都有对应的能量、每一个分子轨道都有对应的能量E ，分子的能量，分子的能量E是各电是各电子的能量子的能量E

16、i之和之和: E Ei ，电子的能量即它们所占据的，电子的能量即它们所占据的分子轨道的能量。以组成分子轨道的原子轨道的平均能量作分子轨道的能量。以组成分子轨道的原子轨道的平均能量作参照，分子轨道分为：参照，分子轨道分为：v 成键分子轨道能量降低成键分子轨道能量降低v 反键分子轨道能量升高反键分子轨道能量升高v 非键轨道非键轨道 能量持平能量持平v 6、分子轨道类型、分子轨道类型v 以组成分子轨道的原子轨道的重叠方式划分：以组成分子轨道的原子轨道的重叠方式划分：v 分子轨道分子轨道 键键v 分子轨道分子轨道 键键s-s和和s-p原子轨道的组合原子轨道的组合(Page 69)p-pp-p原子轨道的

17、组合原子轨道的组合d d “肩并肩构肩并肩构成成 分子轨道分子轨道 p d “肩并肩肩并肩构成构成 分子轨道分子轨道 同核双原子分子的分子轨道能级图同核双原子分子的分子轨道能级图Page 71Li2 N2 O2 Ne2Li N的的2s 与与 2p原子原子轨道的能量差轨道的能量差E = E 2p - E 2s 10 eV，思，思索索2s与与2p相互作用构成相互作用构成分子轨道即分子轨道即2s与与2px组组成分子轨道。成分子轨道。2s与与2px原子轨道相互原子轨道相互作用的结果，作用的结果，E (2p) 和和 E (*2p) ，以致以致E (2p) 15 eV 不思索不思索2s与与2p相互作用相互

18、作用, 即即2s不与不与2p组成分子轨组成分子轨道。对道。对O2 ， F2 ， Ne2 ：E (2p) E (2p)H2 分子轨道的构成分子轨道的构成 (Page71)2H 1s1 H2 H2 (1s)2 分子轨道分子轨道式式键级键级BO =1，相当于共价，相当于共价单键单键H2+ (1s)1 H2+，氢，氢分子离子分子离子) 键级键级BO = 0.5 (单电子键单电子键,，VB法和法和Lewis实际无实际无此说法此说法键级键级BO = 12022反键分子轨道电子数成键分子轨道电子数He2 (1s)2 (*1s)2 键级键级 = 不成键，不成键，He2不能稳定存在。不能稳定存在。He+2 (1

19、s)2 (*1s)1 键级键级= ， He2+ 可以存在。可以存在。分子分子, 离子离子 键型键型 键级键级键能键能 / kJmol-1 键长键长 /pmH2 键键 1453.074H2+ 单电子单电子键键 0.5269.0106He2+ 三电子三电子键键 0.530010802225 . 0212Li2 KK (2s)2 ， 键级键级 =1 KK表示表示2个个Li原子的原子的K 电子层电子层(1s2)根本上未参与成键，而保管根本上未参与成键，而保管Li原原子轨道性质。子轨道性质。Be2 KK (2s)2 (*2s) 2，键级，键级 =0，Be2不能稳定存在。不能稳定存在。B2 KK (2s)

20、2 (*2s) 2 (2py)1 (2pz)1 ， 键级键级=1 ，有，有 2个成单个成单电子电子 B2分子呈顺磁性。分子呈顺磁性。C2 KK (2s)2 (*2s) 2 (2py)2 (2pz)2 ，键级，键级=2N2 KK (2s)2 (*2s) 2 (2py)2 (2pz)2 (2px) 2 ，键级，键级= 3O2 KK (2s)2 (*2s) 2 (2px) 2 (2py)2 (2pz)2 ( * 2py)1 ( * 2pz)1 ，有，有2个成单电子个成单电子顺磁性，有顺磁性，有2个个“三电子三电子键，键级键，键级= 2F2 KK (2s)2 (*2s) 2 (2px) 2 (2py)

21、2 (2pz)2 ( * 2py)2 ( * 2pz)2 ，键级，键级 = (8 - 6) / 2 = 1Ne2 KK (2s)2 (*2s) 2 (2px) 2 (2py)2 (2pz)2 ( * 2py)2 ( * 2pz)2 ( * 2px) 2 ，键级，键级 = (8 - 8) / 2 = 0 ，Ne2不能稳定存在不能稳定存在MOMO法优缺陷法优缺陷v 1. 把分子作为一个整体处置对比：把分子作为一个整体处置对比：VB法法定域键，胜定域键，胜利解释了单电子键、三电子键、离域键、利解释了单电子键、三电子键、离域键、O2分子的顺磁性及分子的顺磁性及一些复杂分子的构成，随着计算机科学的开展，

22、前景看好。一些复杂分子的构成，随着计算机科学的开展，前景看好。v 2.不如不如VB法直观，比较笼统。法直观，比较笼统。共价键的极性和分子的极性共价键的极性和分子的极性单键的离子特征百分数单键的离子特征百分数v 成键原子电负性差值越成键原子电负性差值越大，键的极性越大，键大，键的极性越大，键的离子性的离子性。没有。没有100%的离子键。的离子键。v 键的极性是有方向的，键的极性是有方向的，如如NH或或NF，是从，是从正电荷指向负电荷。正电荷指向负电荷。键键 离子性离子性% 共价性共价性 Cs-F 4.0-0.7=3.3 92 8 Na-Cl 2.23 70 30 H-Cl 0.06 17.6 8

23、2.4 A-B 1.7 50 50 p=1-e-0.18(x)2极性分子与非极性分子极性分子与非极性分子v 分子按极性强弱可分成离子型、极性分子按极性强弱可分成离子型、极性和非极性分子三类。和非极性分子三类。v 极性分子极性分子: : v 分子中正负电荷的分布重心不重合分子中正负电荷的分布重心不重合，存在正、负两极偶极，又称偶，存在正、负两极偶极，又称偶极分子。极分子。v 非极性分子非极性分子: : v 分子中正负电荷的分布重心相互分子中正负电荷的分布重心相互重合，不存在偶极。重合，不存在偶极。分子的极性与键的极性有关分子的极性与键的极性有关H2OH2O偶极矩偶极矩分子极性大小的表示法(1)

24、是一个矢量，既有大小，又有方向。是一个矢量，既有大小，又有方向。大小大小 = q d，其中，其中q 正电荷重心的电量，正电荷重心的电量，d: 正负电荷重心正负电荷重心间的间隔，又偶极长度，间的间隔，又偶极长度， 的单位为德拜的单位为德拜(Debye，1 Debye = 3.3361030 Cm)。方向是从正指向负。方向是从正指向负。(2) 对于双原子分子，原子电负性差值越大，键的极性越大，对于双原子分子，原子电负性差值越大，键的极性越大，分子的极性越大。分子的极性越大。 越大，分子的极性越大。越大，分子的极性越大。HF： = 1.92HCl： = 1.03 HBr： = 0.79 HI： =

25、0.38v (3) 对于多原子分子，特别是中心原子上存在孤对电子对的分对于多原子分子，特别是中心原子上存在孤对电子对的分子，其极性要经过分析讨论来确定。其偶极矩是分子中一切子，其极性要经过分析讨论来确定。其偶极矩是分子中一切化学键键矩的矢量和。极性分子的偶极矩称为永久偶极。化学键键矩的矢量和。极性分子的偶极矩称为永久偶极。CO2： = 0O C OSCO：S C Ototal6.3 6.3 金属键实际金属键实际v 6.1 离子键实际离子键实际v 6.2 共价键实际共价键实际v 6.3 金属键实际金属键实际v 自在电子实际自在电子实际v 能带实际能带实际v 6.4 分子间力与氢键分子间力与氢键v

26、 掌握：化学键的根本概念，共价键的类型和杂化轨道实际；掌握：化学键的根本概念，共价键的类型和杂化轨道实际；v 熟习：共价键价键实际的根本要点；离子键和共价键的极性熟习：共价键价键实际的根本要点；离子键和共价键的极性和分子的极性；分子间的作用力和氢键。和分子的极性；分子间的作用力和氢键。v 了解：共价键的构成。了解：共价键的构成。6.3 金属键实际金属键实际自在电子实际自在电子实际( (改性共价实际改性共价实际) )v 金属原子金属原子Z *较小较小部分电子零落成自在电子部分电子零落成自在电子自在电子与正自在电子与正离子相互吸引离子相互吸引这种自在电子与正离子间的作用力将金属原这种自在电子与正离

27、子间的作用力将金属原子胶合在一同成为金属晶体，这种作用力即金属键。子胶合在一同成为金属晶体，这种作用力即金属键。v 金属键不具有方向性和饱和性，不同于普通的共价键。金属键不具有方向性和饱和性，不同于普通的共价键。v 自在电子实际通俗易懂，可以解释金属的光泽、导电性、导自在电子实际通俗易懂，可以解释金属的光泽、导电性、导热性、延展性、可塑性等物理性质，都与自在电子有关；但热性、延展性、可塑性等物理性质，都与自在电子有关；但不能解释光电效应以及导体、半导体与绝缘体的区别等。不能解释光电效应以及导体、半导体与绝缘体的区别等。v 金属可以吸收波长范围极广的光，并重新反射出，故金属晶金属可以吸收波长范围

28、极广的光，并重新反射出，故金属晶体不透明，且有金属光泽。体不透明，且有金属光泽。v 在外电压的作用下，自在电子可以定向挪动，故有导电性在外电压的作用下，自在电子可以定向挪动，故有导电性 。v 受热时经过自在电子的碰撞及其与金属离子之间的碰撞传送受热时经过自在电子的碰撞及其与金属离子之间的碰撞传送能量，是热的良导体。能量，是热的良导体。v 金属受外力发生变形时，金属键不被破坏，故金属有很好的金属受外力发生变形时，金属键不被破坏，故金属有很好的延展性，与离子晶体的情况相反。延展性，与离子晶体的情况相反。自在电子自在电子+金属离子金属离子金属原子金属原子位错位错+如如 CaCO3 可可 用于雕刻，用

29、于雕刻，而不可用于锻造，即不而不可用于锻造，即不具有延展性具有延展性 。离子键强度大，所以硬度高离子键强度大，所以硬度高 。但遭到外力冲击时但遭到外力冲击时, 易发生错位，延展性差，导致破碎易发生错位，延展性差，导致破碎 。破碎金属原子化热金属原子化热v 金属原子化热是指 1 mol 金属变成气态原子所需求的热量。金属原子化热数值小时熔点低，硬度小；反之那么熔点高，硬度大。v 例如: Na Alv 金属原子化热 108.4 kJ.mol-1 326.4 kJ.mol-1v m.p. 97.5 0C 660 0Cv b.p. 880 0C 1800 0C衡量金属键的强弱能带实际能带实际Energ

30、y Band Theory1. 要点要点 (1)电子是离域的：按分子轨道法，整个金属晶体视为一个大分电子是离域的：按分子轨道法，整个金属晶体视为一个大分子，金属原子的价电子是离域的，属于整个金属晶体的原子子，金属原子的价电子是离域的，属于整个金属晶体的原子一切。一切。(2)组成金属能带：由于金属晶格中原子密集堆积，许多原子轨组成金属能带：由于金属晶格中原子密集堆积，许多原子轨道相互作用，组合成数目相等的分子轨道，而相邻分子轨道道相互作用，组合成数目相等的分子轨道，而相邻分子轨道的能级间隔很小，构成的能级间隔很小，构成“能带。能带的能量范围很宽，有能带。能带的能量范围很宽，有时可达数百时可达数百

31、 kJmol1。 Na 的的 n 个个 3s 轨道，构成轨道，构成 n个个 Na 金属的分子轨道金属的分子轨道 3s 能能带。带。. 3n 个个 2pn 个个 2sn 个个 1s禁带禁带v (3)能带分为满带、禁带和导带。能带分为满带、禁带和导带。v 以以 Li 为例，为例， 1s2 2s1 2p0 v 1s 轨道充溢电子，故组成的能带轨道充溢电子，故组成的能带充溢电子，称为满带，满带的能充溢电子，称为满带，满带的能量较低。量较低。v 2s 轨道电子半充溢，组成的能带轨道电子半充溢，组成的能带电子也半满，称为导带。导带的电子也半满，称为导带。导带的能量高于满带。能量高于满带。v 2p 能带中无

32、电子，称为空带。能带中无电子，称为空带。v 从满带顶到导带底从满带顶到导带底 ( 或空带底或空带底 )的能量间隔很大，电子跃迁困难的能量间隔很大，电子跃迁困难。 这个能量间隔称为禁带。这个能量间隔称为禁带。能带实际能带实际3n 个 2pn 个 2sv (4) 能带交叉能带交叉v 相临近的能带，有时相临近的能带，有时可以重叠。可以重叠。 即能量范即能量范围有交叉。围有交叉。 如如 Be 的的 2s 能带和能带和 2p 能带，能带，可以部分重叠可以部分重叠 。v Be 的的2s能带是满带，能带是满带，经过重叠电子可以跃经过重叠电子可以跃迁到迁到 2p 空带中去。空带中去。能带实际能带实际金属的导电

33、性：金属、半导体和绝缘体金属的导电性：金属、半导体和绝缘体 金属金属 金属金属 半导体半导体(E 3 eV) 绝缘体绝缘体(E 5 eV)v 导体的能带有两种情形，一种是有导带，另一种是满带和空导体的能带有两种情形，一种是有导带，另一种是满带和空带有部分重叠，如带有部分重叠，如 Be ，也相当于有导带。电子可以在导带，也相当于有导带。电子可以在导带中跃迁，进入空轨道中，故中跃迁，进入空轨道中，故 金属铍导电。金属铍导电。v 没有导带，且满带和空带之间的禁带没有导带，且满带和空带之间的禁带 E 5 eV，电子难以跃，电子难以跃迁，那么为绝缘体；迁，那么为绝缘体； 假设禁带的假设禁带的 E 3 e

34、V，在外界能量激发，在外界能量激发下，电子可以穿越禁带进入空带，产生导电效果，那么为半下，电子可以穿越禁带进入空带，产生导电效果，那么为半导体。导体。能带实际的成果能带实际的成果v 可解释金属的一些性质，如光泽、导热性、可解释金属的一些性质，如光泽、导热性、 延展性等，延展性等，均与能带上的价电子有关。均与能带上的价电子有关。v 半导体半导体Si、Ge、GeAs、GaSb、InAs、AlSb等，光等，光照或受热，满带上电子跃上导带，照或受热，满带上电子跃上导带，“空穴导电，电子空穴导电，电子导电，且导电，且T， 导电性导电性 。v 空穴、电子统称空穴、电子统称“载流子载流子(carrier)。

35、v 金属导体：金属导体：T，晶格中原子、阳离子振动，晶格中原子、阳离子振动，导带中电子，导带中电子运动受阻，导电性运动受阻，导电性。v 绝缘体：禁带太宽太大，难以把电子由满带激发上绝缘体：禁带太宽太大，难以把电子由满带激发上导带，难导电。导带，难导电。教学内容和要求教学内容和要求v 6.1 离子键实际离子键实际v 6.2 共价键实际共价键实际v 6.3 金属键实际金属键实际v 6.4 分子间力与氢键分子间力与氢键v 6.4.1 分子间力分子间力v 6.4.2 氢键氢键v 掌握：化学键的根本概念，共价键的类型和杂化轨道实际；掌握：化学键的根本概念，共价键的类型和杂化轨道实际；v 熟习：共价键价键

36、实际的根本要点；离子键和共价键的极性熟习：共价键价键实际的根本要点；离子键和共价键的极性和分子的极性；分子间的作用力和氢键。和分子的极性；分子间的作用力和氢键。v 了解：共价键的构成。了解：共价键的构成。6.4 分子间力与氢键分子间力与氢键6.4.1 6.4.1 分子间力范德华力分子间力范德华力 分子间作用力是一类比化学键弱得多的作用力，这种作用力分子间作用力是一类比化学键弱得多的作用力，这种作用力与范德华发现的呵斥实践气体偏离理想气体方程的那种作用与范德华发现的呵斥实践气体偏离理想气体方程的那种作用力有关，所以又被称为范德华力。力有关，所以又被称为范德华力。 分子间作用力虽然弱，但它是决议物

37、质的沸点、熔点、气化分子间作用力虽然弱，但它是决议物质的沸点、熔点、气化热、熔化热、溶解度、外表张力以及粘度等物理性质的主要热、熔化热、溶解度、外表张力以及粘度等物理性质的主要要素。如液态分子间力越大，气化热就越大，沸点就越高；要素。如液态分子间力越大，气化热就越大，沸点就越高；固态分子间力越大，熔化热越大，熔点也就越高。分子间力固态分子间力越大，熔化热越大，熔点也就越高。分子间力对液体的互溶度以及固态、气态非电解质在液体中的溶解度对液体的互溶度以及固态、气态非电解质在液体中的溶解度也有一定的影响。也有一定的影响。 在不同类型的化合物中，产生分子间力的机理不尽一样，但在不同类型的化合物中，产生

38、分子间力的机理不尽一样，但在不发生化学反响的前提下，本质上都属于静电作用力的范在不发生化学反响的前提下，本质上都属于静电作用力的范畴。因此分子间作用力的大小与分子的两种电学性质畴。因此分子间作用力的大小与分子的两种电学性质分子分子极性和变形性有亲密关系。极性和变形性有亲密关系。分子的变形性：非极性分子分子的变形性：非极性分子v 分子的变形性分子的变形性: : 分子中因电子云与核发生相对位移而使分子分子中因电子云与核发生相对位移而使分子外形发生变化的性质。分子体积越大，电子越多，越易变形外形发生变化的性质。分子体积越大，电子越多，越易变形。v 分子的变形极化分子的变形极化: : 在外电场作用下，

39、分子的正、负电荷中心在外电场作用下，分子的正、负电荷中心分别而产生诱导偶极的过程。也叫位移极化。分别而产生诱导偶极的过程。也叫位移极化。v 诱导偶极的产生诱导偶极的产生: : 当非极性分子置于电场中，带正电荷的原当非极性分子置于电场中，带正电荷的原子核被吸引向电场负极，电子云被吸引向电场正极，其结果子核被吸引向电场负极，电子云被吸引向电场正极，其结果是原子核与电子云发生相对位移，使原来重合的正、负电荷是原子核与电子云发生相对位移，使原来重合的正、负电荷中心彼此分别，而使分子出现偶极，这种偶极为诱导偶极。中心彼此分别，而使分子出现偶极，这种偶极为诱导偶极。极性分子的变形极性分子的变形v 极性分子

40、本身就存在偶极，这种偶极称固有偶极或永久偶极。极性分子本身就存在偶极，这种偶极称固有偶极或永久偶极。v 在外电场作用下，极性分子顺着电场整齐地陈列，这一过程叫做在外电场作用下，极性分子顺着电场整齐地陈列，这一过程叫做分子的定向极化分子的定向极化( (也称取向极化或取向也称取向极化或取向) )。v v 在电场作用下，极性分子也会发生形变，使正、负电荷中心之间在电场作用下，极性分子也会发生形变，使正、负电荷中心之间的间隔增大，产生诱导偶极。这时分子的偶极为固有偶极与诱导的间隔增大，产生诱导偶极。这时分子的偶极为固有偶极与诱导偶极之和，分子的极性有所添加。偶极之和，分子的极性有所添加。v 极性分子本

41、身就是一个微电场，极性分子与极性分子之间，极极性分子本身就是一个微电场，极性分子与极性分子之间，极性分子与非极性分子之间，同样也会发生极化作用。这种极化作性分子与非极性分子之间，同样也会发生极化作用。这种极化作用对分子间力的产生，有重要的影响。用对分子间力的产生，有重要的影响。分子间力范德华力：取向力分子间力范德华力：取向力v 包括取向力、诱导力、色散力。包括取向力、诱导力、色散力。v 取向力：极性分子是一种偶极子，取向力：极性分子是一种偶极子，两个极性分子相互接近时，根据同两个极性分子相互接近时，根据同极相斥、异极相吸原理使分子按一极相斥、异极相吸原理使分子按一定取向陈列，导致系统处于一种比

42、定取向陈列，导致系统处于一种比较稳定的形状。取向力是指极性分较稳定的形状。取向力是指极性分子与极性分子的永久偶极间的静电子与极性分子的永久偶极间的静电引力，这种作用力大小与分子偶极引力，这种作用力大小与分子偶极矩直接相关。矩直接相关。越大取向力越大。越大取向力越大。62221KkTR32E 1、 2为两个极性分子的永久偶极距，为两个极性分子的永久偶极距，R是两极性分子质心之间的间隔，是两极性分子质心之间的间隔，K是是玻尔兹曼常数，玻尔兹曼常数，“- 号表示能量降低。号表示能量降低。分子间力：取向力分子间力：取向力v 取向力只存在与极性分子之间，极性越强，取向力越大，熔取向力只存在与极性分子之间

43、，极性越强，取向力越大，熔沸点越高。沸点越高。Relative molecular masst(m.p.)/t(b.p.)/10-30 Cm32.092185.0111.2 033.998133.8187.781.8334.07685.6060.753.67PropertySiH4PH3H2S N2 NO O2 分子量：分子量： 28 30 32偶极矩偶极矩/ ： 0 0.15 0沸点沸点/K： 77 121 90分子间力：诱导力分子间力：诱导力存在于极性分子与非极性分子之间以及极性分子之间越大变形性越大诱导力越大6221DRXEX2为非极性分子为非极性分子的极化率的极化率分子间力：色散力分子

44、间力：色散力 当两个非极性分子相互接近时，电子运动、原子核振动在瞬间会出现正、负电中心的不重合情况，产生瞬时偶极。这种瞬时偶极导致的相邻分子间产生的吸引作用称为色散力。色散力作用时间是瞬时的，但它是不延续的，色散力一直存在。 色散力在极性分子与非极性分子、极性分子与极性分子之间同样存在。所以，一切分子间均存在色散力。Intermolecular forces: (a) dipole-dipole force; (b) dispersion force.(a)(a)(b)(b) 色散力的大小既依赖于分子的大小，也依赖于分子的外形 丙烷、正丁烷和正戊烷均为直链化合物丙烷、正丁烷和正戊烷均为直链化合

45、物(可以忽略分子外形的影可以忽略分子外形的影响响), 色散力随分子体积的增大而增大色散力随分子体积的增大而增大, 导致沸点按同一顺序升高导致沸点按同一顺序升高: CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 b.p. -44.5 b.p. -0.5 b.p. 36 正戊烷、异戊烷和新戊烷三种异构体的相对分子质量一样正戊烷、异戊烷和新戊烷三种异构体的相对分子质量一样, 色散色散力随分子构造密实程度的增大而减小力随分子构造密实程度的增大而减小,导致沸点按同一顺序下降导致沸点按同一顺序下降: CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CHCH3 CH3CCH

46、3 CH3 CH3 b.p. 36 b.p. 28 b.p. 9.5 色散力不但普遍存在于各类分子之间，而且除极少数强极性分色散力不但普遍存在于各类分子之间，而且除极少数强极性分子子(如如 HF，H2O)外，大多数分子间力都以色散力为主外，大多数分子间力都以色散力为主.Distribution of inter-molecular force(kJmol-1)MolecularOrientation forceInduction forceDispersion forceTotal forceAr 0.000 0.000 8.5 8.5CO 0.003 0.008 8.75 8.75HI 0.

47、025 0.113 25.87 26.00HBr 0.69 0.502 21.94 23.11HCl 3.31 1.00 16.83 21.14NH3 13.31 1.55 14.95 29.60H2O 36.39 1.93 9.00 47.31分子间力小结分子间力小结1.比化学键比化学键30 150 kcalmol-1小小1-2个数量级，仅几至个数量级，仅几至 几十几十kcalmol-1 。2.短程力，作用范围仅短程力，作用范围仅35，约几百，约几百pm。3.不具方向性和饱和性。不具方向性和饱和性。4.分子之间总的相互作用能分子之间总的相互作用能: E = EK + ED + EL非极性分子非极性分子：只存在色散力非极性分子非极性分子：只存在色散力极性分子非极性分子：诱导力、色散力极