化学键与分子结构

1、化化 学学 键键 与与 分分 子子 结结 构构河南油田高级中学化学组l离子健理论离子健理论l共价健理论共价健理论l分子间作用力分子间作用力l金属健理论金属健理论第四章 化学键与分子结构科塞尔(Kossel)-离子键理论路易斯(G.N. Lewis)-共价键理论化学键化学键分子中的两个（或多个）原子之间的相互作用分子中的两个（或多个）原子之间的相互作用第四章 化学键与分子结构1 离子键理论离子键理论河南油田高中化学组河南油田高中化学组离子健的形成离子健的形成离子键的特点离子键的特点离子特征离子特征离子晶体离子晶体离子晶格能离子晶格能第四章 化学键与分子结构离子型化合物：活泼金属原子与活泼非金属原

2、子所形成的化合物。v主要以晶体形式存在v较高熔点和沸点v熔融或水溶解后能导电第四章 化学键与分子结构1-1 离子键的形成离子键的形成(以以 NaCl 为例为例)分别形成分别形成 Ne 和和 Ar 的稀有气体原子的稀有气体原子的结构，形成稳定离子。的结构，形成稳定离子。首先形成稳定离子首先形成稳定离子NaNaNaNa+ + 2s 2 2p 6 3s 1 2s 2 2p 6 ClClClCl- - 2s 2 2p 5 2s 2 2p 6第四章 化学键与分子结构然后由静电吸引，然后由静电吸引， 形成化学键形成化学键 。V0Vr0r0rr 为核间距V为体系的势能r = r0 ，（平衡距离）吸引作用与排

3、斥作用达到暂时平衡，V 有极小值，此时体系最稳定，表明形成离子键。r 1.7，发生电子转移，形成离子键；发生电子转移，形成离子键； X 1.7，不发生电子转移，形成共价键。不发生电子转移，形成共价键。离子键与共价键并非有明显界线。离子键与共价键并非有明显界线。(3) 离子键没有饱和性离子键没有饱和性只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。第四章 化学键与分子结构1-3 离子的特征离子的特征(决定离子键的强度，进而决定晶体的性决定离子键的强度，进而决定晶体的性质质）（1）离子的电荷）离子的电荷（2）离子的电子层构型）离子的电子层构型电荷高，离子键强

4、，所形成的离子晶体的溶点、沸点也就电荷高，离子键强，所形成的离子晶体的溶点、沸点也就越高，硬度也就越大。越高，硬度也就越大。晶体名称离子电荷熔点（摄氏）硬度（摩氏）NaCl1*18012.5MgO2*228526.5离子的电子层构型有以下几种离子的电子层构型有以下几种第四章 化学键与分子结构A. 2电子构型电子构型B. 8电子构型电子构型C. 18电子构型电子构型D. (18+2)电子构型电子构型E. 8 18电子构型电子构型在离子的半径和电荷大致相同条件下，不同构型的正离子对在离子的半径和电荷大致相同条件下，不同构型的正离子对同种负离子的结合力的大小规律：同种负离子的结合力的大小规律：8电子

5、层构型的离子电子层构型的离子817电子层构型的离子电子层构型的离子18或或18+2电子层构型的离子电子层构型的离子(d电子在核外分布松散，对核电荷屏蔽作用小。电子在核外分布松散，对核电荷屏蔽作用小。d电子越多，电子越多，离子有效正电荷越大。）离子有效正电荷越大。）第四章 化学键与分子结构（3）离子半径（离子半径越小，健的强度越大）离子半径（离子半径越小，健的强度越大）离子半径离子半径: 将离子晶体中的离子看成是相切的球体，正将离子晶体中的离子看成是相切的球体，正负离子的核间距负离子的核间距 d 是是 r + 和和 r 之和之和 。dr+r -推算半径的方法：鲍林半径哥德希密特半径Zcrn离子晶

6、体 离子半径(pm) 溶点（摄氏） 硬度（摩氏）NaF2319933.2NaCl2828012.5第四章 化学键与分子结构离子半径的变化规律离子半径的变化规律a ) 同主族从上到下，电子层增加，具有相同电荷数的离子半径增加。同主族从上到下，电子层增加，具有相同电荷数的离子半径增加。 Li + Na + K + Rb + Cs + F Cl Br Mg 2 + Al 3 + K + Ca 2 + 过渡元素，离子半径变化规律不明显过渡元素，离子半径变化规律不明显 。c ) 同一元素，不同价态的离子，电荷高的半径小。同一元素，不同价态的离子，电荷高的半径小。 如如 Ti 4 + Ti 3 + ； F

7、e 3 + 0.414r +/ r 0.414+第四章 化学键与分子结构1-5 晶格能晶格能晶格能是相互远离的气态的正负离子结合成是相互远离的气态的正负离子结合成1 mol离子晶体所释放离子晶体所释放的能量，用的能量，用 U 表示。表示。Na + ( g ) + Cl ( g ) = NaCl ( s ) H = U 晶格能晶格能 U 越大，则形成离子键得到离子晶体时放出的能量越多，越大，则形成离子键得到离子晶体时放出的能量越多，离子键越强。离子键越强。玻恩玻恩 哈伯循环哈伯循环 ( Born Haber Circulation )Born 和和 Haber 设计了一个热力学循环过程，从已知的

8、热力学数设计了一个热力学循环过程，从已知的热力学数据出发，计算晶格能。据出发，计算晶格能。第四章 化学键与分子结构 2 共价键理论共价键理论河南油田高中化学组河南油田高中化学组 价键理论（价键理论（VB法）法）杂化轨道理论杂化轨道理论价层电对互斥理论价层电对互斥理论分子轨道理论分子轨道理论键参数和分子性质键参数和分子性质分子晶体和原子晶体分子晶体和原子晶体第四章 化学键与分子结构1916 年，美国科学家 Lewis 提出共价键理论：分子中的原子可以通过共用电子对来形成稀有气体的稳定电子结构。:N :N :N N: +=成功地解释了由相同原子组成的分子（H2、O2、N2等）以及性质相近的不同原子

9、组成的分子（HCl、H2O等），并揭示了共价键和离子键的区别。第四章 化学键与分子结构电子结构式(路易斯结构式)注意与原子结构简图、电子式、电子排布式、轨道图、结构式比较。八偶律: 稀有气体最外层电子构型(8e-)是一种稳定构型.原子相互结合共用电子时，倾向于使它们的最外层转化为稀有气体的8电子稳定构型。孤对电子： 分子中的原子的价层电子中除了键合电子外，还经常有未成键的成对电子，又称孤对电子。写法： 在书写分子的电子结构式时，用 -、=或三短线表示1、2、3对共用电子对，用小黑点表示未成键电子。第四章 化学键与分子结构遇到的问题：电子数8多电子中心例：写出例：写出O2、CO2、HNO3的电子

10、结构式的电子结构式第四章 化学键与分子结构2-1 价键理论 价键理论（：又称电子配对法，简称VB法。1927年，年，Heitler 和和 London 用量子力学处理氢气分用量子力学处理氢气分子子 H2问题所得结果的推广。问题所得结果的推广。第四章 化学键与分子结构 价键理论的基本论点：价键理论的基本论点：（1）共价键的本质）共价键的本质E0DRro两个两个 成单电子自旋相同接近，成单电子自旋相同接近，r 越小，越小，V 越大。不能形成化学键。越大。不能形成化学键。自旋相反时，自旋相反时， r = r 0 时，时， V 值最小，为值最小，为 E= D ( D 0 ， D 电负性小的成键电子电负

11、性小的成键电子 电负性大的成键电子电负性大的成键电子 ；叁键叁键双键双键单键单键第四章 化学键与分子结构（2）分子形状的确定方法）分子形状的确定方法(a) 首先先确定中心原子首先先确定中心原子A的价层电子对数的价层电子对数 VP m= 1/2A的族价的族价-X的化合价的化合价 离子电荷数离子电荷数( )负负正正 用通式用通式AXnEm表示只含一个中心原子的分子或离子的组成。表示只含一个中心原子的分子或离子的组成。A表示中心原子，表示中心原子，X表示配位原子，表示配位原子，n表示配位原子数目，表示配位原子数目，E表示中心原子未成键的孤对电子，表示中心原子未成键的孤对电子，m表示电子对数。表示电子

12、对数。VP=m+n第四章 化学键与分子结构 XeF2 VP=2+(8-21)/2 = 5 XeF4 VP=4+(8-41)/2 = 6 XeOF4 VP=5+(8-12-4 1)/2 = 6 XeO2F2 VP=4+(8-22-2 1)/2 = 5例例2: 2:例1:微 粒mnPO43-(5-8+3)/2=04NH4+(5-4-1)/2=04CCl4(4-4)/0=04NO2(5-4)/2=0.52OCl2(6-2)/0=22第四章 化学键与分子结构（b) 确定电子对的空间排布方式确定电子对的空间排布方式Formula typeShared electron pairArrangement o

13、f B atoms relative to A atoms(ideal BAB bond angle)StructuresGeometry of covalent molecules with no unshared electron pairs on the central atom2Linear(180)BABAB2AB33Triangular planar(120)ABBBAB44Tetrahedral(10928)BABBBAB55Triangular bipyramidal*(BaABa, 180)(BeABe, 120)(BeABa, 90BBBBBAAB66Octahedral(

14、90, 180)ABBBBBB第四章 化学键与分子结构(c)确定孤对电子数和分子的空间构型确定孤对电子数和分子的空间构型m=0 分子的空间构型分子的空间构型=电子对的空间构型电子对的空间构型BeH2BF3CH4PC15SF6 n=2 m = 0 n=3 m = 0 n=4 m= 0 n=5 m= 0 n=6 m= 0ExampleHBeH第四章 化学键与分子结构m0m0 分子的空间构型分子的空间构型电子对的空间构型电子对的空间构型 注意要使电子对的斥力最小。注意要使电子对的斥力最小。第四章 化学键与分子结构第四章 化学键与分子结构 孤对电子优先代替平孤对电子优先代替平伏位置上的原子和相关伏位置

15、上的原子和相关键对电子键对电子第四章 化学键与分子结构 第二对孤对电子第二对孤对电子优先代替第一对孤优先代替第一对孤对电子反位的原子对电子反位的原子和相关键对电子和相关键对电子第四章 化学键与分子结构第四章 化学键与分子结构当分子中有当分子中有 键时键时, , 键应排键应排在相当于孤对电子的位置在相当于孤对电子的位置 ！键的极性和中心原子的电负性会使键角改变键的极性和中心原子的电负性会使键角改变21VP= (4+0+2)=3VP= 5+0=5S = OFFFFC = OClCl21124o18110oN:HHH18107oN:FFFo102这两个问题你还是要注意的！这两个问题你还是要注意的！第

16、四章 化学键与分子结构Question 1Question 1判断判断 OF2 分子的基本形状分子的基本形状. . 写出路易斯结构式写出路易斯结构式, 并读出中心原子周围价电子对的总数并读出中心原子周围价电子对的总数: 中心原子价层有中心原子价层有 4 对电子对电子. 4 对价电子的对价电子的理想排布方式为正四面体理想排布方式为正四面体, 但考虑到其但考虑到其中包括两个孤对中包括两个孤对, 所以分子的实际几何所以分子的实际几何形状为角形形状为角形, 相当于相当于 AB2E2 型分子型分子.F O F第四章 化学键与分子结构Question 2Question 2判断判断 XeF4 分子的基本形

17、状分子的基本形状. . 中心原子价层有中心原子价层有 6 对电子对电子. 理想排布理想排布方式为正八面体方式为正八面体, 但考虑到其中包括但考虑到其中包括两个孤对两个孤对, 所以分子的实际几何形状所以分子的实际几何形状为平面四方形为平面四方形, 相当于相当于AB4E2 型分子型分子.中心原子中心原子 Xe 的价电子数为的价电子数为 8，F 原子的未成对电子数为原子的未成对电子数为 1. 可以可以算得中心原子价电子对的总数和孤对数分别为算得中心原子价电子对的总数和孤对数分别为: VP(价层电子对总数）价层电子对总数） = 4(84)/2 = 6 m(孤电子对的数目孤电子对的数目) = (84)/

18、2 = 2第四章 化学键与分子结构 SO32 - IF3 NO2 电子对数 4 5 3 电子对构型 分子构型 三角锥三角锥 T字形字形 V字形字形Question 5SOOOFFFNOOQuestion 3第四章 化学键与分子结构无机化学上册作业作业P120 2-5第四章 化学键与分子结构2-4 分子轨道理论（1）理论基本要点）理论基本要点分子中电子不从属于某些特定的原子，而是遍及整个分子范围；分子中电子不从属于某些特定的原子，而是遍及整个分子范围；分子轨道由原子轨道线性组合而成，而且分子轨道由原子轨道线性组合而成，而且分子轨道的数目与参与组分子轨道的数目与参与组合的原子轨道数目相等合的原子轨

19、道数目相等；每一个分子轨道都有一相应的能量和图象；每一个分子轨道都有一相应的能量和图象；电子的排布也遵从原子轨道电子排布的原则；电子的排布也遵从原子轨道电子排布的原则；（2） 原子轨道线性组合的类型原子轨道线性组合的类型 s-s重叠、重叠、s-p重叠、重叠、p-p重叠、重叠、p-d重叠、重叠、d-d重叠重叠第四章 化学键与分子结构s-s重叠重叠一个原子的ns轨道与另一原子的ns轨道组合成两个分子轨道。反键轨道：电子云偏向两核外侧，核间稀疏，不能抵消两核的斥力，体系能量较高。成键轨道：电子云在核间分布密集，对两核的吸引能够抵消两核间的斥力，能使分子的原子之间发生键合。第四章 化学键与分子结构p-

20、p重叠重叠第四章 化学键与分子结构(3) 原子轨道原子轨道线性组合线性组合的的原则原则A. 能量相近原则能量相近原则 H 1s 1312 kJmol 1 Na 3s 496 kJmol 1 O 2p 1314 kJmol 1 Cl 3p 1251 kJmol 1 ( 以上数据以上数据根据根据 I1 值估算值估算 ） 1s、2p、3p 个轨道能量相近，彼此间均可组合，形成分子轨道个轨道能量相近，彼此间均可组合，形成分子轨道 ；但；但 3 s 个轨道的能量高，不能与之组合。个轨道的能量高，不能与之组合。第四章 化学键与分子结构B. 最大重叠原理最大重叠原理 原子轨道重叠越大，越易形成分子轨道原子轨

21、道重叠越大，越易形成分子轨道，或说共价键越强。，或说共价键越强。C. 对称性一致原则对称性一致原则对称性相同的原子轨道才能组成分子轨道对称性相同的原子轨道才能组成分子轨道。即重叠部分的原子轨道即重叠部分的原子轨道的正、负号相同。的正、负号相同。第四章 化学键与分子结构（4）同核双原子分子的）同核双原子分子的分子轨道能级图分子轨道能级图2p2p *2xp *2zp *2yp 2 yp 2 zp 2xp2s 2s 2s *2s 1s *1s MO 1s 1sAOAOO2 ，F2 分子分子 *2xp1s1s 1s *1s2s 2s 2s *2sAO2p2p MO AO *2zp *2yp 2 yp

22、2 zp 2xpB2，C2，N2 等分子等分子第四章 化学键与分子结构A. 图图1适用于适用于 O2 ，F2 分子；图分子；图2适用于适用于 B2，C2，N2 等分子等分子 B. 成键分子轨道的能量比原子轨道能量低，反键分子成键分子轨道的能量比原子轨道能量低，反键分子轨道高于相应的数量轨道高于相应的数量 C. 原子轨道能量由原子的核电荷有关，而分子轨道能量受组成分原子轨道能量由原子的核电荷有关，而分子轨道能量受组成分子轨道的原子轨道的影响子轨道的原子轨道的影响 D. 简并轨道：轨道形状相同，能量相等简并轨道：轨道形状相同，能量相等 第四章 化学键与分子结构（5）异核双原子分子的分子轨道能级图异

23、核双原子分子的分子轨道能级图第四章 化学键与分子结构（4） 等电子体原理定义：通式-AXm相同，且价电子数相等的分子或离子具有相同的结构特征。例题：CO2、CNS-、NO2+、N3- 通式符合：AX2；价电子总数16。结构：直线型分子、健角1800，中心原子SP杂化、没有孤对电子，分子中有二套3中心4电子P-P大键。CO32-、NO3-、SO3为一组等电子体。有一套4中心6电子P-P大键。SO2、O3、NO2-为一组等电子体。有一套3中心4电子P-P大键。*SO42-、PO43-为一组等电子体。有d-P大键。*PO33- 、SO32-、 ClO3-为一组等电子体。有d-P大键。第四章 化学键与

24、分子结构定定 义：义：多个原子上相互平行的多个原子上相互平行的 p 轨道连贯重叠轨道连贯重叠 在一起构成一个在一起构成一个整体，整体， 而而p 电子在这个电子在这个 整体内运动所形成的键整体内运动所形成的键.表示表示符号符号：形成条件：形成条件： 参与成键的原子应在一个平面上，而且每个原子参与成键的原子应在一个平面上，而且每个原子 都能提供都能提供1个相互平行的个相互平行的 p 轨道轨道 n K+； Hg2+ Ca2+B. 对于结构相同的离子来说，正电荷对于结构相同的离子来说，正电荷 越高的阳离子变形性越越高的阳离子变形性越小。小。O2- F-NeNa+ Mg2+ Al3+ Si4+C. 对于

25、电子层结构相同的离子来说，电子层数越多（或半径对于电子层结构相同的离子来说，电子层数越多（或半径越大），变形性越大。越大），变形性越大。Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+；F- Cl- Br- I- D. 复杂阴离子的变形性通常不大，且复杂阴离子中心原子氧复杂阴离子的变形性通常不大，且复杂阴离子中心原子氧化数越高，变形性越小。化数越高，变形性越小。ClO4- F- NO3- OH- CN- Cl- Br- I- 第四章 化学键与分子结构3.相互极化作用相互极化作用18电子层的阳离子容易变形，容易引起相互的附加极化作用B. 在周期系的同族中自上而下，18电子层离子的附加极化作用递增C. 在一种

26、含有18电子层阳离子的化合物中，阴离子的变形性越大，相互极化作用越强。4. 离子极化学说在晶体化学中的应用离子极化学说在晶体化学中的应用第四章 化学键与分子结构4-4 氢氢 键键（ 1 ） 氢键的形成氢键的形成OHHOHH氢键的表示：X-Y H强度用键能表示 键能：指X-Y H分解成X-H和Y-R所需的能量。键长：指X原子中心到Y原子中心的距离形成条件：形成条件：v与电负性大且与电负性大且 r 小的原子小的原子 ( F，O， N ) 相连的相连的 H ；v在附近有电负性大，在附近有电负性大，r 小的原子小的原子 ( F，O，N ) 。第四章 化学键与分子结构（2 ） 氢键的特点氢键的特点A.

27、方向性方向性Y与与X-H形成氢键时使氢键的方向与形成氢键时使氢键的方向与X-H键轴在同一个方向，即键轴在同一个方向，即X-H YY在同一直线。在同一直线。B. 饱和性饱和性X-H只能与与一个只能与与一个Y原子形成氢键原子形成氢键C. 氢键强弱与元素电负性有关氢键强弱与元素电负性有关电负性越大，氢键越强电负性越大，氢键越强D. 本性本性有方向的分子间力有方向的分子间力第四章 化学键与分子结构（3） 氢键对于化合物性质的影响氢键对于化合物性质的影响分子间氢键，使分子间产生较强分子间氢键，使分子间产生较强的结合力，化合物的沸点和熔点的结合力，化合物的沸点和熔点显著升高显著升高试解释沸点有以下顺序的原

28、因？试解释沸点有以下顺序的原因？HCl HBr HIHF第四章 化学键与分子结构 4 4 金属键理论l改性共价键理论l能带理论l金属晶体河南油田高级中学河南油田高级中学第四章 化学键与分子结构3-1 金属键的自由电子理论金属键的自由电子理论 这个理论认为，在固态或液态金属中，价电子这个理论认为，在固态或液态金属中，价电子可以自由地从一个原子跑向另一个原子，这些用电子可以自由地从一个原子跑向另一个原子，这些用电子把金属原子（或离子）粘合在一起的作用叫金属键。把金属原子（或离子）粘合在一起的作用叫金属键。第四章 化学键与分子结构自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子位错位错+特点：较大密度、有金属光泽、良