化学键分子间力高分子材料

1、关于化学键分子间力高分子材料第一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月3.3 化学键(Chemical Bond )离子键：当电负性较小的活泼金属和电负性较大的活泼非金属元素相互靠近（反应）时，前者易失去电子成为正离子，后者易得到电子成为负离子，从而正负离子之间以静电引力结合在一起，形成了离子型化合物。 一、化学键：大多数物质通过某种强的相互作用将两个或多个原子(离子）结合成分子，这种强的相互作用就称为化学键。 化学键主要包括：离子键 共价键 金属键生成离子键的条件：原子间电负性相差一般要大于2.0.第二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月NaCl(1) 本质: Electrosta

2、ctic attraction between anion (Mn+) & cation (Xn-).(2) 特点: * 无方向性和饱和性 .(3) r+/r- 越大，周围异号离子越多。Cs+Cl-Na+Cl-+-NaCl第三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月(4) 离子半径 吸引力(正负离子间)=排斥力(电子间、原子核间),d=r+r- 离子半径越小，离子间的吸引力越大，离子化合物的熔点、沸点越高。 LiF NaF KF r(M+) 60pm 95pm 133pm m.p. 1040 995 856(5)离子电荷:离子电荷越高，对反离子的吸引力越大，使化 合物熔点越高。 如：CaO-

3、2590; KF-856.第四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月离子键的强度与离子的电荷成正比，与离子的半径成反比。第五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月编号1234晶体NaFNaClNaBrNaI核间距d/pm231279294318晶格能U/kJmol-1933770732686熔点/K126110741013935硬度（金刚石=10）3.22.0离子晶体的性能比较第六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月离子键特征结构特征 离子键无方向性、无饱和性。性能特征 a. 熔点高、硬度大、挥发性低、韧性和延展性差； b. 固体一般不导电，融熔态或水溶液可导电 c. 溶解度有很

4、大差异离子的类型离子半径 d=r+r-离子电荷 得失电子数离子的电子构型 2电子构型 如：Li+、Be2+ 8电子构型 如：Na+、Mg2+ ( Mg 3s2) 18电子构型 如：Zn2+、Sn2+ ( Zn 3d104s2) 18+2电子构型 如：Sn4+ ( Sn 5s25p2) 不规则电子构型 如：Fe2+ ( Fe 3d64s2)第七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月2. 共价键 当同种元素或电负性相差不是很大的不同种元素相互 靠近（反应）时，一般以共价键结合形成共价型单质或共 价型化合物。即生成分子的两原子分别提供未成对电子参 与成键，这些电子为两者共有。共价键的本质是两个原

5、子 有自旋方向相反的未成对电子，它们原子轨道发生重叠， 使体系的能量降低。 由相同原子形成的单质分子(如H2、O2、N2)和由电负性相近的元素原子形成的化合物(如HCl 、 H2O、NH3)不能用离子键理论解释。因为原子的核外电子间是互相排斥的，原子之间不应结合在一起。 为了解释以上事实，可用共价键理论。 第八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 电子配对理论（价键理论）1）形成价键理论认为若原子在未化合之前有未充满电子的轨道则这两轨道相互重叠形成共价键。轨道重叠时必须相位相同（即方向相同）。轨道以最大程度重叠构成一个共价键，且不能再与第三个电子结合。第九张，PPT共五十五页，创作于20

6、22年6月 2）共价键的特性 A: 具有饱和性和方向性B: 具有一定的键长、键角、键能。键长：分子内两个成键原子核间的平均离。键角：分子中相邻两个键间的夹角。键能：原子轨道重叠释放出的能量。第十张，PPT共五十五页，创作于2022年6月分子式键长 / pm键角H2O95.810445H2S133.692.1NH3100.810718PH3145.993.6CH4109.110928CO2116.2180表 键长和键角 第十一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月3）共价键的类型 键：成键轨道沿键轴方向以头碰头方式重叠。可绕键轴自由旋转。 键：成键轨道垂直于键轴而且相互平，以行肩并肩的方式重

7、叠。不能绕键轴自由旋转。第十二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月杂化轨道理论价键理论有较大的局限性,有许多现象不能解释,导致了杂化轨道理论的发展。例如：CH4 （C 2s22p2） BF3（B 2s22p1） 1）Pauling提出了杂化轨道理论:在形成分子的过程中，由于原子间的相互影响，若干类型不同而能量相近的原子轨道相互混杂，重新组合成一组能量相等,成分相同的新轨道，叫做杂化轨道，这一过程称为杂化。 杂化轨道,相互以最大距离分布在原子核周围。与其他原子轨道重叠时形成键。轨道在杂化前后的数目总和相同、能量总和相同。第十三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月2）常见的杂化轨道即空

8、间构型SP 杂化 直线 SP2 杂化 三角形 SP3 杂化 四面体SP3d 杂化 三角双锥d2SP3杂化 八面体第十四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 CH4实例第十五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 BeCl2第十六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 BF3第十七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月非等性杂化NH3H2O 第十八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月说明：杂化轨道理论是对价键理论的发展，很好的解释了许多分子的成键情况和多原子分子的空间结构 ， 但也有一些分子的空间结构无法解释。 如硫酸根是正四面体构型。 硫原子以sp3杂化轨道成键、离子中

9、存在4个键，离子为正四面体形。 硫酸根是一个硫原子和四个氧原子通过共价键连接形成的正四面体结构，硫原子位于正四面体的中心位置上，而四个氧原子则位于它的四个顶点，一组氧-硫-氧键的键角为10928，而一组氧-硫键的键长为1.44埃。因硫酸根失去两个电子才形成稳定的结构，因此带负电，且很容易与金属离子或铵根结合，产生离子键而稳定下来。 第十九张，PPT共五十五页，创作于2022年6月分子轨道理论 Basic Principles: 分子轨道由原子轨道线性组合而成. 原子轨道线性组合遵循三原则： 对称性匹配; 能量相近; 最大重叠. 分子轨道上的电子排布同样遵循原子轨道上电子排布原则： Pauli

10、不相容原理; 能量最低原理; Hund规则.第二十张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 配位键：在分子中某些原子提供未成对电子，另外的原子提供空的原子轨道，然后两者共享这些成键电子。即一个原子有杂化空轨道，另外的原子有孤对电子，两者结合形成一种稳定的离子或分子。四面体形Zn(NH3)42+配离子(4个sp3杂化轨道)。Zn2+NH3NH3NH3NH3ligends第二十一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月3.配位键例如氨和三氟化硼可以形成配位化合物：图片式中表示配位键。在N和B之间的一对电子来自N原子上的孤对电子。配位键是极性键，电子总是偏向一方，根据极性的强弱，或接近离子键，或

11、接近极性共价键。在一些配合物中，除配体向受体提供电子形成普通配位键外，受体的电子也向配体转移形成反馈配键 。例如Ni（CO）4中CO中碳上的孤对电子向镍原子配位形成配位键 ，镍原子的d电子则反过来流向CO的空*反键轨道，形成四电子三中心d-p键，就是反馈配键。非金属配位化合物中也可能存在这种键。 第二十二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月配位键可用以下3种理论来解释价键理论。认为配体上的电子进入中心原子的杂化轨道。例如钴（）的配合物CoF63-中F的孤对电子进入Co3+的sp3d2杂化轨道，这种配合物称为外轨配合物或高自旋配合物，有4个未成对电子，因而是顺磁性的。Co(NH3)-63+

12、中NH3的孤对电子进入Co3+的d2sp3杂化轨道 ，这种配合物称为内轨配合物或低自旋配合物，由于所有电子都已成对，因而没有顺磁性而为抗磁性。晶体场理论。将配体看作点电荷或偶极子，同时考虑配体产生的静电场对中心原子的原子轨道能级的影响。分子轨道理论 。假定电子是在分子轨道中运动，应用群论或根据成键的基本原则就可得出分子轨道能级图。再把电子从能量最低的分子轨道开始按照泡利原理逐一填入，即得分子的电子组态。分子轨道分为成键轨道和反键轨道。分子的键合程度取决于分子中成键电子数与反键电子数之差。第二十三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月4、键的离子性和共价性大多数物质的化学键都具有离子性和共价

13、性双重性质。离子键和共价键并没有严格的界限，离子键中包含着共价键成分，共价键中蕴藏着离子键成分。第二十四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月二、范德华力、氢键和次价力1.分子的极性 分子中，由于原子核所带正电荷的电量和核外电子所带负电荷的电量相等，所以就分子总体上说是电中性的。但从分子内部正负电荷的分布情况，可以把分子分成极性分子和非极性分子。设想在分子中有一个等效的正电荷和负电荷中心，正负电荷等效中心完全重合的分子就是非极性分子；正负电荷等效中心不完全重合的分子就是极性分子。 显然，离子键结合的分子是极性分子，不同非金属元素形成的共价键分子，且空间排布不对称时是极性分子；同种原子形成的

14、双原子分子是非极性分子，不同非金属元素形成的共价键分子，且空间排布对称时是非极性分子。第二十五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月分子正负电荷不重叠-极性分子。 water molecule-. :HHO+O water molecule-+HH .NH3107.30NHHHLiF252pmLiF156pmpolar covalence in an “ionic” solidCOcarbon monoxide = 0.1D +-第二十六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月分子正负电荷重叠-非极性分子OOhomon unclear molecule,no permenanent di

15、pole momentOCO-+carbon dioxidezero parmenant dipole moment because bond dipole cancel outFF+Two fluorine atomsa fluorine moleculeFFshared electron pair(Covalent) bond第二十七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月2.电偶极矩 (Dipole moment) 分子的极性可用偶极矩来定量地量度。若正负电荷所带 的电量为q，正负电荷等效中心的距离为l，则两者的乘积就叫 电偶极矩，通常用表示：=q.l。 偶极矩越大，分子的极性就越大。

16、FFFOHH-+HHClCl非极性共价键 = 0ClH极性共价键 = q dBrH极性共价键 = 0极性共价键 = q d第二十八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月3. 范德华力 (分子间作用力)Dispersion forces (色散力)Dipole-induced dipoleForces(诱导力) Dipoledipole forces(取向力)取向力(极性分子间)：由固有偶极之间的作用而产生的分子间力。- +- +- + -偶极-偶极间力+AB-+-第二十九张，PPT共五十五页，创作于2022年6月诱导力(极性分子与非极性分子间) ：诱导偶极与固有偶极之间的 分子间力。+A-

17、+B+AB-+-+-+-+-+-+-+-+吸引吸引诱导偶极诱导偶极第三十张，PPT共五十五页，创作于2022年6月色散力(所有分子间) ：瞬间偶极之间的异极吸引而产生的分子 间力。诱导力(极性分子与非极性分子间)色散力(所有分子间)B定向力(极性分子间)+A+B+A-+B+A-+B+-第三十一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月分子间力的特点 (1)能量小：几个几十KJ.mol; (2)近距离的（作用范围约几百pm）、无方向性、无饱和性。 (3)色散力为主，定向力只在极性很强的分子的分子间作用力中 占较大比重。如： F2 Cl2 Br2 I2分子体积越大，变形性越大，色散力越大。沸点升高

18、分子间力对理化性质有影响。 说明下列物质熔沸点的高低：SiF4 、SiCl4 、SiBr4 、SiI4。 PF3 、PCl3 、PBr3、 PI3。第三十二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月4. 氢键 氢键：分子中与高电负性原子X以共价键相连的氢原子，与另一个高电负性原子Y之间形成的弱键。 XHY X、Y：高电负性的F、O、N。Characteristics： a) 445 KJ/mol，稍强于分子间力； b) 有方向性(X、H、Y在一条直线上，距离最远，斥力最小) 及饱和性(H只与一个Y形成氢键)。Types:IntermolecularIntramolecularFHFHFHFHF

19、第三十三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月氢键的存在对物质的性质有影响。 1. HCl、HBr、HI的熔、沸点随着色散力的增加而升高，但HF例外。 2. C2H5OH (沸点78.5)在水中溶解度比CH3OCH3(沸点-23)大得多。 3. 对硝基苯酚可形成分子间氢键(沸点110，在水中溶解度大，在苯中溶解度小)，邻硝基苯酚可形成分子内氢键(电荷内部中和，沸点45，在水中溶解度小，在苯中溶解度大，相似相容原理)。第三十四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月Hydrogen BondHydrogen Bond in Water第三十五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月极性与

20、物质的溶解性 相似相容：极性溶质易溶于极性溶剂；非极性（或弱极性） 溶质易溶于非极性（或弱极性）溶剂。极性溶剂：水、丙酮、乙醇、乙酸、乙醚等。非极性（弱极性）溶剂：苯、甲苯、汽油、四氯化碳、三氯 甲烷、四氯乙烯等。第三十六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月5.次价力次价力普遍存在于 高分子化合物中，它是非键合原子间和链之间的作用力的总和，它包括氢键等分子间力。次价力的大小常用内聚能和内聚能密度来衡量。第三十七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月高分子材料:是指分子量很大（在104以上）的化合物，即高分子化合物组成的一类材料的总称。高分子材料有：有机高分子和无机高分子，天然高分子和

21、人工合成高分子材料。目前，人工合成的有机高分子材料如塑料、合成橡胶、合成纤维等发展十分迅速，已成为一个品种繁多的庞大的工业部门，而且具有广阔的发展前途。三、高分子材料第三十八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月一级结构：一个高分子链中链节的化学结构、空间结构、序列和链节的支化度及分布。链节是高分子化合物最基本的结构。高分子链的一级结构还与链节结构单元的连接方式有关。比如：乙烯、丙烯的交替共聚物呈橡胶性质乙烯、丙烯的嵌段共聚物由于保留了各段的结晶能力，呈塑料性质。1.结构与物性第三十九张，PPT共五十五页，创作于2022年6月二级结构：远程结构，三级结构：聚集状态的结构四级结构：第四十张，

22、PPT共五十五页，创作于2022年6月2、高分子材料的主要性能1）溶解性：相似相溶规则、 溶度参数相近规则 溶剂化规则2）机械性能：拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、抗冲击强度3）电性能：高分子材料都是电的绝缘体第四十一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月3、高分子材料的分类1）塑料2）橡胶3）纤维4）胶粘剂5）涂料6）ABS树脂7）聚四氟乙烯8）聚乳酸第四十二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月工程塑料塑料的组成塑料是以有机合成树脂为基础，再加入添加剂所组成的。1.合成树脂 是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的高分子化合物，如酚醛树脂、聚乙烯等，是塑料的主要组成，也起粘接剂作用。

23、2.添加剂 为改善塑料的性能而加入的其它组成，主要有：(1)填料或增强材料 填料在塑料中主要起增强作用。(2)固化剂 可使树脂具有体型网状结构，成为较坚硬和稳定的塑料制品。(3)增塑剂 用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。(4)稳定剂 用以防止受热、光等的作用使塑料过早老化。 第四十三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月工程塑料的分类 聚乙烯(PE) 聚丙烯(PP) 聚氯乙烯(PVC) ：地下室或屋面防水（柔性防水） 聚苯乙烯(PS) ABS塑料 酚醛塑料(PE) 环氧塑料(EP) 第四十四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月聚乙烯(PE)图例 聚丙烯(PP)图例第四十五张，PPT共

24、五十五页，创作于2022年6月酚醛塑料(PE)图例环氧塑料(EP)图例第四十六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月橡胶橡胶是具有高弹性的轻度交联的线型高聚物，它们在很宽的温度范围内处于高弹态。一般橡胶在4080范围内具有高弹性，某些特种橡胶在100的低温和200高温下都保持高弹性。橡胶有优良的伸缩性，良好的储能能力和耐磨、隔音、绝缘等性能，广泛用于制作密封件、减振件、传动件、轮胎和电线等制品。汽车轮胎，路面损伤减少第四十七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月纤维天然纤维：棉花、麻、羊毛、蚕丝化学纤维：碳纤维和玻璃纤维用于混凝土加固第四十八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月胶粘剂环氧树脂：用于