理学中国农大版基础化学课件化学键和分子结构复习进程

1、理学中国农大版基础化学课件化学键和分子结构2离子间的相互作用离子间的相互作用异号离子靠近时，异号离子靠近时，吸引能吸引能 RqqVAR：正负离子间距：正负离子间距 核外电子的排斥能核外电子的排斥能 RReAVA：特性常数：特性常数 RVVVA总RV由量子力学得出，表示电子云排斥能。由量子力学得出，表示电子云排斥能。 V0Vr0r0r 在在r=r0处，体系总能量最低，形成了化学键（离子键），而处，体系总能量最低，形成了化学键（离子键），而离子间距离子间距R = r+ + r- 体系的势能与核间距之间的关系如图所示：体系的势能与核间距之间的关系如图所示：2.1.2 离子键的特点离子键的特点1本质：

2、本质： 静电吸引力静电吸引力 2Rqqf当当 qq越大，越大，R越小时，结合力越大。越小时，结合力越大。 2无方向性和饱和性无方向性和饱和性 离子为带电荷的球形实体，可从任意方向与异号离子结离子为带电荷的球形实体，可从任意方向与异号离子结合，故无方向性。合，故无方向性。正、负离子以密堆积的方式结合形成晶体，即一个离子正、负离子以密堆积的方式结合形成晶体，即一个离子可与多个异号离子作用，但体系总电荷为零。可与多个异号离子作用，但体系总电荷为零。3部分共价性部分共价性 一般认为，一般认为，x xA A-x-xB B1.71.7时，时，A-BA-B以形成离子键为以形成离子键为主主, ,实际上是指离子

3、键的成分大于实际上是指离子键的成分大于50 %50 % 。PaulingPauling认为：认为：q q+ +q q- -离子相互接近时，能形成离子键，但由离子相互接近时，能形成离子键，但由于电子云的作用，仍有部分共价性质。于电子云的作用，仍有部分共价性质。对化合物对化合物A-B：离子性离子性 214%1ABxxeP45 表表2-1 单键的离子性与电负性差值的关系单键的离子性与电负性差值的关系2.1.3 离子键的强度离子键的强度离子键强度以晶格能离子键强度以晶格能u的大小量度。的大小量度。( )( )( , 1)nmmnmMgnXgMXsmol放出能量放出能量u 逆向过程要吸收能量逆向过程要吸

4、收能量:( )( )( )nmmnM XsmMgnXgEu所吸收能量 对同类型（组成比、晶型相同）的离子键化合物，对同类型（组成比、晶型相同）的离子键化合物，u越大，越大，mp越大，硬度越高，膨胀系数越小，压缩性越小。越大，硬度越高，膨胀系数越小，压缩性越小。2.1.4 离子键化合物的特征离子键化合物的特征晶格能晶格能u的决定因素的决定因素1电荷电荷离子电荷为其得失电子数。离子电荷为其得失电子数。 一般一般 nm.均小于均小于4 晶型相同时晶型相同时, mn和越大，越大，u越大越大 2离子的电子构型离子的电子构型 简单负离子一般最外层具有稳定的简单负离子一般最外层具有稳定的8电子构型。电子构型

5、。*2电子构型电子构型1s2； s s区元素区元素 LiLi+ +,Be,Be2+2+ *8电子构型电子构型ns2np6； s区元素区元素(+) Na+, K+, Ca2+ *18电子构型电子构型(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10； ds区元素区元素, p区元素区元素 Cu+,Ag+,Zn2+,Cd2+, Hg2+, Pb4+, Sn4+*18+2电子构型电子构型(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10ns2 p区元素区元素 Pb2+, Sn2+, Bi3+*9-17电子构型电子构型不规则电子构型不规则电子构型 d区元素区元素 Fe3+(13e), Cu2+(17e)9-17e型

6、型是一类外层不饱和型离子，外层是一类外层不饱和型离子，外层d轨道可用于成键。轨道可用于成键。正离子：正离子：3离子半径离子半径 晶体中相邻离子的核间距晶体中相邻离子的核间距 rrd哥希密德半径：哥希密德半径： 1927年测出了年测出了 2133132FOrpmrpm、据此得出据此得出 Pauling半径半径: 1960年推算得出年推算得出依据：依据： BA型离子化合物中型离子化合物中 *nnccrZZcn：由：由n值决定的常数值决定的常数 ：价层一个：价层一个e的屏蔽常数的屏蔽常数 dr+r -11 2 0.85 8 0.35 6.5nnNaccr 5.4nFcr231NaFrrpm实验测出：

7、故：故： pmrNa95pmrF136612nc 对多个化合物测定的平均结果显示对多个化合物测定的平均结果显示: 2140Orpm，pmrF133P525 附录十一附录十一 , 最常用离子的最常用离子的Pauling半径半径 a. 同族元素带相同电荷的离子，从上到下同族元素带相同电荷的离子，从上到下半径增大；半径增大；b. 电子组态相同的离子，正电荷越高，离电子组态相同的离子，正电荷越高，离 子半径越小子半径越小; 且负离子半径大于正离子半且负离子半径大于正离子半 径；径；c. 同一元素负离子半径大于原子半径，正离同一元素负离子半径大于原子半径，正离 子半径小于原子半径，而且正电荷越高，子半径

8、小于原子半径，而且正电荷越高， 离子半径越小；离子半径越小；如：如：r(Li+) r(Na+) r(K+) r(Rb+) r(Mg2+) r(Al3+), r(F-) (Na+)离子半径的变化规律离子半径的变化规律d. 过渡金属及内过渡金属的相同电荷离子过渡金属及内过渡金属的相同电荷离子 的半径均是随核电荷增大而减小；的半径均是随核电荷增大而减小；e. 周期表中，相邻两族中左上方和右下方周期表中，相邻两族中左上方和右下方 斜对角线元素的正离子半径接近。斜对角线元素的正离子半径接近。 即对角线规则对角线规则。如：如：r(Ti3+) r(V3+) r(Cr3+) r(Mn3+) 如：如：r(Na+

9、) r(Ca2+), r(Li+) r(Mg2+)2.1.5 离子晶体离子晶体 正负离子在三维空间中占据格点位置，以一定的方正负离子在三维空间中占据格点位置，以一定的方式交替排列，形成式交替排列，形成长程有序长程有序的固态化合物。的固态化合物。1离子晶体的特点离子晶体的特点以静电引力结合，放出晶格能。以静电引力结合，放出晶格能。每个离子都与若干个异号离子相邻，形成密堆积。每个离子都与若干个异号离子相邻，形成密堆积。 （异号离子数（异号离子数=CN）, 因此因此, 整个晶体是个整个晶体是个“ 巨分子巨分子” , 无确切的分子式，其基本存在单元为晶胞。无确切的分子式，其基本存在单元为晶胞。CsCl

10、型型:配位比：配位比： 8:8(红球红球Cs+ , 绿球绿球Cl-)晶胞中离子的个数：晶胞中离子的个数：C s 1： 个-1 81C8l：个晶格：晶格：简单立方简单立方2. 2. 常见离子晶体常见离子晶体 NaCl型型:配位比：配位比：6:6晶胞中离子的个数：晶胞中离子的个数：(绿球绿球Na+ , 红球红球Cl-)晶格：面心立方晶格：面心立方+11: 86482Na1: 12144C lZnS型型(立方型立方型)配位比：配位比：4:4(绿球绿球Zn2+ , 红球红球S2-)晶格：面心立方晶格：面心立方211: 82Zn6482: 4S存在于立法体内半径比半径比(r+/r-)规则：规则： NaC

11、l晶体晶体22)22(2)4(rrr414. 0/rr1 r令NaCl型晶体结构的其中一层横截面：型晶体结构的其中一层横截面：414.0/rr理想的稳定结构理想的稳定结构(NaCl型型)rr /配位数构型0.225 0.414 4ZnS 型0.414 0.732 6NaCl 型0.732 1.00 8CsCl 型 上表所列结果即为半径比规则上表所列结果即为半径比规则3离子晶体的性质离子晶体的性质 mp、bp、硬度较大且随、硬度较大且随u增加而增加，增加而增加， mp有确定值。有确定值。 晶体不导电，无自由电子，但熔体、溶液晶体不导电，无自由电子，但熔体、溶液 导电。导电。 不溶于非极性溶剂（无

12、溶剂化作用）不溶于非极性溶剂（无溶剂化作用）分子中的原子可以通过共用电子对使每一个原子分子中的原子可以通过共用电子对使每一个原子达到稳定的稀有气体电子结构。达到稳定的稀有气体电子结构。原子通过共用电子对而形成的化学键称为原子通过共用电子对而形成的化学键称为共价键。共价键。1916年，美国化学家年，美国化学家Lewis提出了经典共价键理论：提出了经典共价键理论：该理论没有阐明共价键的本质。该理论没有阐明共价键的本质。2.2.1共价键的本质共价键的本质2.2 2.2 共价键理论共价键理论1、量子力学处理、量子力学处理H2分子的结果分子的结果 两个氢原子两个氢原子电电子自旋方式相反，子自旋方式相反，

13、靠近、重叠，核间靠近、重叠，核间形成一个形成一个电子几率电子几率密度增大的区域。密度增大的区域。系统能量降低，形系统能量降低，形成氢分子。成氢分子。 核间距核间距 R0为为74 pm（氢原子半径为（氢原子半径为52.9 pm ）。）。共价键的本质共价键的本质成键原子的原子轨道重叠，成键原子的原子轨道重叠，核间电子几率密度增大，吸引原子核而成键。核间电子几率密度增大，吸引原子核而成键。2、价键理论基本要点与共价键的特点、价键理论基本要点与共价键的特点价键理论基本要点：价键理论基本要点：具有自旋相反的单电子的原子相互靠近时，自具有自旋相反的单电子的原子相互靠近时，自旋相反的单电子可以互相配对形成旋

14、相反的单电子可以互相配对形成共价键共价键。原子轨道最大重叠原理原子轨道最大重叠原理：成键电子的轨道重叠成键电子的轨道重叠越多，两个核间的电子云密度也越大，形成的越多，两个核间的电子云密度也越大，形成的共价键越稳定。共价键越稳定。对称性匹配原理对称性匹配原理要保证原子轨道最大程度的要保证原子轨道最大程度的重叠，必须采用相对于键轴具有相同对称性的重叠，必须采用相对于键轴具有相同对称性的原子轨道，即二者间必须是同号重叠原子轨道，即二者间必须是同号重叠（的符号的符号相同）才有效。相同）才有效。H ClH O HN N饱和性饱和性 原子在构成共价分子时，每个原子所原子在构成共价分子时，每个原子所形成的共

15、价键数目，取决于它所具有的未成形成的共价键数目，取决于它所具有的未成对电子数。对电子数。方向性方向性 共价键的形成在共价键的形成在可能的范围内一定可能的范围内一定按原子轨道最大伸按原子轨道最大伸展方向。展方向。2.2.2 共价键的特征共价键的特征(1).键：键： 原子轨道沿核间原子轨道沿核间联线方向进行同号重联线方向进行同号重叠叠(头碰头头碰头)。2.2.3 2.2.3 共价键的类共价键的类型型 两原子轨道垂直核间联线并相互平行进行两原子轨道垂直核间联线并相互平行进行同号重叠同号重叠(肩并肩肩并肩)。2、键：键：形成条件：成键原子一方有孤对电子（形成条件：成键原子一方有孤对电子（给予体给予体）

16、 另一方有空轨道（另一方有空轨道（接受体接受体）。）。4NH4BFCO22p2s242p2s2HNHHHFBFFF例：OC3、配位共价键（配位键）、配位共价键（配位键）2.2.4 键参数键参数1键能键能E 293k，100kpa时，断裂时，断裂1mol键所需能量或生成键所需能量或生成1mol 放出能量为放出能量为键能键能E 。一般。一般E越大，表明共价键越牢固。越大，表明共价键越牢固。2键长键长L 成键原子核的平均间距，一般表示为成键原子核的平均间距，一般表示为pm。L越小，键越小，键 越牢固。越牢固。3键角键角 分子中键与键的夹角，可由实验测定，取决于原子轨分子中键与键的夹角，可由实验测定，

17、取决于原子轨 道方向及电子云排斥力。道方向及电子云排斥力。4偶极距偶极距键的极性键的极性 2个成键原子的个成键原子的+、-电中心不重合，且有一段距离（偶电中心不重合，且有一段距离（偶 极距）时，表明共价键为极性键。极性大小（偶极极距）时，表明共价键为极性键。极性大小（偶极 距）与成键原子的电负性差成正比。极性最大：离子键距）与成键原子的电负性差成正比。极性最大：离子键, 如如 LiF2.3 杂化轨道理论 ( 1931年由Pauling 提出 ) 原子在形成分子的过程中，为了增加成键能力使分子稳定原子在形成分子的过程中，为了增加成键能力使分子稳定性增加，趋向于将同一个原子不同类型的原子轨道重新组

18、合成性增加，趋向于将同一个原子不同类型的原子轨道重新组合成能量、形状和方向与原来不同的新原子轨道，这种重新组合即能量、形状和方向与原来不同的新原子轨道，这种重新组合即为杂化。杂化后的原子轨道成为为杂化。杂化后的原子轨道成为杂化轨道杂化轨道轨道杂化的特性：轨道杂化的特性：只有能量相近的轨道才能相互杂化；只有能量相近的轨道才能相互杂化；杂化轨道成键能力大于未杂化轨道；杂化轨道成键能力大于未杂化轨道；杂化前后轨道数目不变；杂化前后轨道数目不变；杂化后轨道伸展方向和形状发生改变。杂化后轨道伸展方向和形状发生改变。2.3.1 杂化轨道概念及其要点杂化轨道概念及其要点2.3.2S-P等性杂化轨道等性杂化轨

19、道 23s ps ps p、s2p2Be：2s21. sp杂化杂化BeCl2的空间构型为直线形的空间构型为直线形:ClClBe激发s2p2p2s2spsp杂化Be采用采用sp杂化生成杂化生成BeCl2两个两个sp杂化轨道杂化轨道s2p2B： 2s22p12.sp2杂化杂化BFFFBF3的空间构型的空间构型为平面三角形为平面三角形3BF 的 形 成 :激发s2p2p2s2sp2sp2杂化CH4的空间构的空间构型为正四面体型为正四面体p2s2C：2s22p23.sp3杂化杂化激发s2p24CH 的形成p2s2杂化3spsp3 形成四个等价形成四个等价sp3杂化轨道杂化轨道:四个四个sp3杂化轨道杂

20、化轨道:2.3.3不等性不等性s-p杂化轨道杂化轨道 原子价电子轨道杂化，并形成化学键时，原子价电子轨道杂化，并形成化学键时，每个轨道上填充的电子数不同（每个轨道上填充的电子数不同（2e，孤电子，孤电子对，或对，或1e，用于成键），造成形成分子后，用于成键），造成形成分子后s-p杂化轨道不等性。杂化轨道不等性。其中，孤电子对只受一个核其中，孤电子对只受一个核吸引，距核较近，电子云对其它轨道排斥较大，吸引，距核较近，电子云对其它轨道排斥较大，从而使其它杂化轨道受从而使其它杂化轨道受“挤压挤压”，结构偏离，结构偏离。3:NH18107HNH杂化3sp不等性不等性sp3杂化杂化2ps230104HO

21、H 2:H O杂化3sp2ps23spsp3d杂化杂化sp3d2杂化杂化2.4 2.4 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论（VSEPRVSEPR理论，理论，19401940年由年由N.V.SichwickN.V.Sichwick提出）提出）2.4.12.4.1基本要点基本要点1共价多原子分子中，中心原子价电子层中的电子对共价多原子分子中，中心原子价电子层中的电子对包括两部分：包括两部分： 自身孤电子对自身孤电子对（键）成键电子键）成键电子如：如： H2O中，中，O价电子数：价电子数：6+2=8 CO2中，中，C价电子数：价电子数：4+0=4 ，不计，不计O原子的电子原子的电子 键电子也不计入

22、（排除生成键电子也不计入（排除生成键的电子数）键的电子数）2价电子对在空间应尽量远离，使体系能量最低价电子对在空间应尽量远离，使体系能量最低P64 P64 表表2-122-12价电子对数价电子对数2 23 34 45 56 6几何构型几何构型线性线性三角形三角形四面体四面体双三角双三角锥锥八面体八面体3价电子对之间排斥力：孤价电子对之间排斥力：孤-孤孤 孤孤-成键成键 键键-键键 并且这种排斥力在电子对之间夹角小于并且这种排斥力在电子对之间夹角小于90时最为明时最为明显。显。中心原子的价电子对数及以上规则决定分子构型。中心原子的价电子对数及以上规则决定分子构型。如：如：NH3 价电子对数：价电

23、子对数：5+3=8 四面体四面体 孤对电子数：孤对电子数：1 三角锥形三角锥形 且且H-N-H角角90时，斥力较小。时，斥力较小。90角最少原则：角最少原则： 稳定构型中稳定构型中, 孤孤-孤孤 孤孤-成键成键 键键-键键VP=2 直线形直线形VP=3 平面三角形平面三角形VP=4 正四面体正四面体VP=5 三角双锥三角双锥VP=6 正八面体正八面体 LP=0: 分子的空间构型分子的空间构型=价层电子对的空间价层电子对的空间 构型构型2BeHVP= (2+2)=2 直线形直线形213BFVP= (3+3)=3 平面三角形平面三角形214CHVP= (4+4)=4 四面四面体体215PClVP=

24、 (5+5)=5 三角双三角双锥锥216SFVP= (6+6)=6 八面体八面体21例如：例如：LP0 ：分子的空间构型不同于价层电子对的：分子的空间构型不同于价层电子对的 空间构型。空间构型。34611 21 2SnCl2平面三角形平面三角形 V形形NH3四面体四面体 三角锥三角锥H2O四面体四面体 V形形IF5八面体八面体 四方锥四方锥XeF4八面体八面体 平面正方形平面正方形VPLP电子对的电子对的空间构型空间构型分子的分子的空间构型空间构型例例515253VP LP电子对的电子对的空间构型空间构型分子的分子的空间构型空间构型例例三角双锥三角双锥 变形四方体变形四方体 SF4三角双锥三角

25、双锥 T形形 ClF3三角双锥三角双锥 直线形直线形 XeF22.5 2.5 分子间力和氢键分子间力和氢键2.5.1分子间作用力分子间作用力分子内作用力：分子内作用力：静电结合力（引力）静电结合力（引力） 离子晶体离子晶体共价结合力共价结合力 共价分子共价分子在共价分子和惰性原子之间存在有分子间力在共价分子和惰性原子之间存在有分子间力化学键的极性化学键的极性 共价键的极性取决于成键原子电负性的差共价键的极性取决于成键原子电负性的差值，相同原子形成的共价键，称为非极性共值，相同原子形成的共价键，称为非极性共价键；反之，称为极性共价键。而且电负性价键；反之，称为极性共价键。而且电负性差值越大，键的

26、极性越强。差值越大，键的极性越强。离子键是极性最强的极性键。离子键是极性最强的极性键。离子键理论和共价键理论各自描述了化学键离子键理论和共价键理论各自描述了化学键的某一个方面，彼此互相补充。的某一个方面，彼此互相补充。1分子的极性和偶极距分子的极性和偶极距分子的极性分子的极性分子的偶极矩分子的偶极矩()：用于定量地表示极性：用于定量地表示极性 分子的极性大小。分子的极性大小。lq式中式中 q 为极上所带电量，为极上所带电量，l 为偶极长度。为偶极长度。极性分子极性分子 0非极性分子非极性分子= 0双原子分子：双原子分子：多原子分子：多原子分子：异核：异核：HXO3（V字形）字形）3NH2O2N

27、2H同核：同核：，8S4P3BF， CH42CO双原子分子双原子分子: 分子的极性和键的极性一致。分子的极性和键的极性一致。多原子分子多原子分子: 是否有极性，不仅要看键是否有极性，是否有极性，不仅要看键是否有极性，还要考虑到分子的结构。分子的正负电荷还要考虑到分子的结构。分子的正负电荷中心重合则为非极性分子。中心重合则为非极性分子。键的极性和分子极性的关系键的极性和分子极性的关系分子间力（范德华力）分子间力（范德华力） 分子间具有吸引作用的根本原因：任何分子间具有吸引作用的根本原因：任何分子都有正、负电荷中心；任何分子都有变分子都有正、负电荷中心；任何分子都有变形的性能。形的性能。分子间的作

28、用力称为分子间力，也叫范德华力分子间的作用力称为分子间力，也叫范德华力。由分子偶极产生的分子间力分为三种形式：由分子偶极产生的分子间力分为三种形式：取向力、诱导力、色散力取向力、诱导力、色散力分子间力是决定物质的熔、沸点、溶解度等分子间力是决定物质的熔、沸点、溶解度等性质的重要因素。性质的重要因素。（1）.取向力（产生于极性分子之间）：取向力（产生于极性分子之间）： 两个固有偶极间存在的同极相斥、异极相吸的两个固有偶极间存在的同极相斥、异极相吸的 定向作用称为定向作用，所产生的相互作用力定向作用称为定向作用，所产生的相互作用力 称为取向力。称为取向力。 两个极性分子相互靠近时，由于同极相斥、异

29、极相吸，两个极性分子相互靠近时，由于同极相斥、异极相吸，分子发生转动，并按异极相邻状态取向，分子进一步相分子发生转动，并按异极相邻状态取向，分子进一步相互靠近。互靠近。+_+_分子离得较远分子离得较远+_+_分子的偶极矩越大，取向力越大。分子的偶极矩越大，取向力越大。分子靠近时分子靠近时61orFr取向力随着温度升高而降低（布朗运动）取向力随着温度升高而降低（布朗运动） （2）. 诱导力诱导力( (产生于极性分子和非极性分子之间产生于极性分子和非极性分子之间) )由固有偶极和诱导偶极而产生的分子间相互作用由固有偶极和诱导偶极而产生的分子间相互作用+_分子离得较远分子离得较远+_+_分子靠近时分

30、子靠近时决定诱导作用强弱的因素：决定诱导作用强弱的因素： 极性分子的偶极矩极性分子的偶极矩 ： 愈大，诱导作用愈强。愈大，诱导作用愈强。 非极性分子的变形性非极性分子的变形性 ： 愈大，诱导作用愈强。愈大，诱导作用愈强。61inFr诱导力与温度无关诱导力与温度无关 （3）.色散力色散力( (产生于非极性分子之间产生于非极性分子之间) )：由瞬时偶极和瞬时诱导偶极而产生的分子间相互作用。由瞬时偶极和瞬时诱导偶极而产生的分子间相互作用。一大段时间内的一大段时间内的大体情况大体情况+_某一瞬间某一瞬间+_+_+_+_非极性分子的瞬时偶极之间非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用的相互作用色散力与分子变形性色散力与分子变形性有关。有关。大大, ,色散力大。色散力大。61dFr色散力与温度无关，仅由分子变形性大小决定色散力与温度无关，仅由分子变形性大小决定 除强极性分子之外，大多数分子之间以色散力为主。除强极性分子之外，大多数分子之间以色散力为