化学键与分子理论公开课课件

本章主要内容第一节、理论第二节、共价键理论第三节、杂化轨道理论第四节、价层电子对互斥理论第五节、分子轨道理论第六节、金属键理论第七节、分子间作用力第八节、离子极化理论第7章分子结构Molecular

structure返回§7-1

离子键Ionicbond7-1-1离子键的形成1、形成过程：当活泼金属M与活泼非金属X相互靠近时M–e=M+,X+e=X-正负离子通过静电引力相互吸引，达到一定距离时，离子外层电子又相互排斥，当吸引和排斥作用达平衡时，体系能量最低，形成离子键。2、形成条件：

1）元素电负性相差较大（△X>1.7），2）易形成稳定离子，3）形成离子键，释放能量大。7-1-2离子键的特征

1、无方向性。2、无饱和性。3、作用力的实质是静电力返回7-1-3决定离子化合物性质的因素1、离子半径。Z相同时，r越小，mp、bp越高。2、离子电荷。r相近时，Z越高，mp、bp越高。3、离子的电子构型电子构型289-171818+2如Li+Be2+、Na+Mg2+、Fe2+Mn2+、

Ag+Hg2+、

Pb2+Bi3+7-1-4晶格能Latticenergy1、键能和晶格能键能：1mol气态分子离解成气态原子时所吸收的能量，用Ei表示。Ei越大,表示离子键越强。NaF(g)=Na+(g)+F-(g)△H=Ei返回(2)玻恩哈伯循环计算U

3、晶格能的应用

U大，mp、bp高，硬度大。如CaO<MgO；NaF>NaI……7-2-1现代价键理论返回经典价键理论是1916年Lewis提出的，主要思想是共用电子形成八电子构型，如：H:Cl，:NH3。量子力学揭示了其本质。1、共键键的形成共价键理论用于解决共价化合物的结构，主要有两种理论，现代价键理论(VB法，杂化理论)和分子轨道理论(MO法)。↑↑时，系统能量升高，核间电子密度小，不形成共价键↑↓时，系统能量降低，核间电子密度大，可形成共价键§7-1共价键Covalentbond7-2-2共价键的基本特征返回1、共价键具有饱和性共价键数取决于原子的未成对电子数。H2、O2、N22、共价键具有方向性共价键形成时，原子轨道应以最大重叠方向成键。7-2-3共价键键型

σ键：头碰头方式π键：肩并肩方式7-3-1杂化轨道理论的基本要点返回1932年Pauling在VB法基础上提出轨道杂化的概念。要点为：1、原子在形成分子时为增强其成键能力和分子的稳定性。不同类型的原子轨道将重新组合，生成在能量、形状、伸展方向上不同于原来的新的原子轨道，这种新轨道叫杂化轨道。2、并非所有的原子轨道都可以杂化，只有能量相近的价层轨道才能参与杂化，如(ns,np)、(ns,np,nd)、((n-1)d,ns,np)。杂化轨道的成键能力大于未杂化的原子轨道。3、有多少原子轨道就可形成多少杂化轨道，不同类型的杂化方式所得杂化轨道的空间取向不同。VB法能说明共价键的本质是电子云重叠，但它并不能解释共价型分子在结构中的许多事实。如CH4的四面体结构。§7-3杂化轨道HybridOrbitals理论7-3-2杂化轨道的类型返回杂化类型sp1Sp2sp3sp3dsp3d2轨道数目23456轨道形状直线平面三角正四面体三角双锥正八面体实例BeCl2BF3CH4PCl5SF61、sp1杂化以BeCl2为例，BeCl2为一直线型分子。

Be[He]2s22Cl[Ne]3s23p5激发杂化2s2p2s2pspp++3s3p3s3p返回3、sp3杂化以CH4为例CH4为正四面体分子。

C[He]2s22p24H1s1

4个1s激发杂化2s2p2s2psp3返回4、H2O分子的结构（不等性杂化）杂化轨道的空间构型：正四面体；分子的空间构型：角形。

O[He]2s22p4不需激发，直接杂化2H1s12个H原子的1s轨道与O原子的2个单电子的sp3杂化轨道重叠，还余二对sp3杂化后的孤对电子。由于孤对电子的排斥作用，H-O-H键角被压缩为104.28返回5、NH3分子的结构（不等性杂化）杂化轨道空间构型：正四面体；分子空间构型：三角锥形。

N[He]2s22p3

s3p4sp3不等性不需激发，直接杂化3H1s13个H原子的1s轨道与N原子的3个单电子的sp3杂化轨道重叠，还余一对sp3杂化后的孤对电子。由于孤对电子的排斥作用，H-N-H键角被压缩为107.28sp3d2杂化返回SF6的分子结构d2sp3杂化返回Fe(CN)63-的结构7-4-1VSEPR理论的基本要点返回1、共价化合物的几何构型取决于中心原子的价电子对的数(包括成键电子和孤对电子)，电子的排斥作用越少越稳定。2、排斥作用的大小与下列因素有关：（1）价电子对间夹角越小，排斥作用越大。（2）孤对—孤对>孤对—成键>成键—成键（3）叁键>双键>单键VSEPR理论常用于判断化合物的空间构型§7-4价层电子对互斥(VSEPR)理论7-4-3举例返回1、ClF3:VN=7+3=10=5对，价电子对空间构型为三角双锥。分子的空间构型可能有如下几种情况：最小夹角90度abc孤对—孤对010孤对—成键436成键—成键220故a构型最稳定，T型2、XeF4:VN=8+4=12=6对，价电子对空间构型为正八面体。分子的空间构型可能有如下几种情况：最小夹角90度ab孤对—孤对01孤对—成键86成键—成键45故a构型最稳定，平面正方形7-5-1分子轨道基本概念返回1、分子轨道的概念分子轨道理论认为，组成分子的原子的价电子属于整个分子所有。在原子中电子在空间的运动状态称原子轨道(原子波函数)；分子中，电子在整个分子中的运动状态则称为分子轨道(分子波函数)。每个原子轨道能容纳2个自旋相反的电子，同样，每个分子轨道也能容纳2个自旋相反的电子，并有一定的能级。在不违背保利原理的前提下，电子尽可能地分占不同轨道。量子力学认为分子轨道是由原子轨道按某种线性组合的方式形成的。有多少原子轨道就可生成多少个分子轨道。§7-5分子轨道理论(MO法)7-5-2原子轨道的线性组合返回如A+B=AB则所得分子的分子轨道（或分子波函数）是原子轨道的线性组合，同样也是薛定谔方程的解。

ψABⅠ=CAψA+CBψB

ψABⅡ=CA’ψA-CB’ψB

不是任意两原子轨道都可组合成分子轨道，必须满足三原则：（1）能量相近。能量越相近，组合成的分子轨道越稳定。（2）最大重叠。只有最大重叠才能有效组成分子轨道。（3）对称性匹配。即波函数的符号相同。如下所示：7-5-3分子轨道能级图返回分子轨道理论中的价电子属整个分子所有，电子的排布同样遵守电子排布三原则：保里原理，能量最低原理，洪特规则。

7-5-4O2、N2的分子结构返回1、O2分子的电子排布式[KK(σ2s)2(σ2s*)2(σ2px)2(π2py)2(π2pz)2(π2py*)1(π2py*)1键级=(成键电子数-反键电子数)/2=4/2=22、N2分子的电子排布式[KK(σ2s)2(σ2s*)2(π2py)2(π2pz)2(σ2px)2(π2p*)

(σ2p*)]键级=(成键电子数-反键电子数)/2=6/2=3

3、键级越大分子越稳定。可判断分子或离子的稳定性顺序：（1）H2、He2、Li2、Be2、B2、C2、N2、O2、F2、Ne2（2）O22+、O2+、O2、O2-、O22-

（3）N22+、N2+、N2、N2-、N22-

7-6-2金属键理论返回在金属晶格中每个原子配位数=8-12，而金属只有少数价电子，不足以形成共价键或离子键。目前，有两种金属键理论。即改性的共价键理论和金属能带理论。1、改性的共价键理论：该理论认为，金属原子失去电子，金属晶格中既有金属原子也有金属离子，其间存在自由电子，自由电子可在整个金属中自由运动，电子运动把金属原子联系在一起形成金属键。一般共价键是两中心两电子键，而金属晶体中是少电子多中心键，故叫改性的共价键，不具有方向性和饱和性。2、金属能带理论该理论认为，金属晶体中的电子并不定域于某两个或多个原子，而属于整个金属晶体，不存在定域的共价键。只要空间允许，可尽可能多地堆积原子，常用分子轨道理论来描述。7-7-1分子的极性返回分子或晶体中原子间强的相互作用称为化学键。物质内部分子与分子间弱的相互作用称为分子间作用力，又叫范德华力。虽然这种力十分微弱，但对物质性质的影响却十分显著，它与分子结构、分子极性有很大关系。分子正负电荷中心是否重合是分子有无极性的标志，分子的极性与键的极性有关。键有极性，分子不一定有极性。分子有极性，键一定有极性。分子的极性常用偶极矩表示：μ=q·d(单位:C·m)μ=0非极性分子μ≠0极性分子如：CH4、H2O物质μ物质μ物质μH20HCl3.43H2O6.16N20HBr2.63H2S3.66CO20HI1.27CO0.40CS20SO25.33HCN6.99§7-7分子的极性与分子间力7-7-2分子间力返回1、分子间力的分类（1）取向力：主要存在于极性分子与极性分子间。（2）诱导力：主要存在于极性分子与非极性分子间。（3）色散力：主要存在于非极性分子与非极性分子间。分子由于原子核外电子运动，电子云在某一时刻变形，分子产生瞬间诱导偶极，虽时间很短，但量大且不断重复，使得分子间始终存在这种作用，这种力可存在于各类分子中，一般地，体积越大，分子的变形性越大，色散越大。如卤素返回2、分子间力的特点1、作用能量不大（<100kJ/mol）2、近距离作用(几百pm)，无饱和性和方向性。3、三种力中以色散力为主。4、分子间力对物质性质影响主要表现在对mp、bp、熔化热、汽化热、溶解度、粘度等性质上。

kJ/molArCoHIHBrHClNH3H2O取向力00.0030.250.6873.3113.3136.39诱导力00.0080.1130.5021.011.551.93色散力8.58.7525.8721.9416.8314.959.00总计8.58.7626.0223.1321.2529.8147.32返回1、定义：指与电负性较大的原子X以共价键相结合的H原子，和另一电负性较大的原子Y之间所形成的一种弱作用力。X—H······Y本质是静电作用力2、特点：是有方向性和饱和性；作用力较弱。3、分类：分子间氢键分子内氢键分子间氢键形成使物质的mp、bp升高；如HF有反常高沸点。HF>HCl<HBr<HI;H2O>H2S<H2Se<H2Te分子内氢键形成将会使物质熔沸点下降。故mp、bp有关系：对硝基苯酚>邻硝基苯酚；CH3CH2OH>CH3OCH37-7-3氢键返回

氢键普遍存在于生物大分子中，在生物大分子中起着稳定构象的作用。如DNA的双螺旋结构中DNA的双螺旋结构返回返回肌红蛋白中的氢键返回7-8-1离子极化的概念1、带电离子的电场使其周围异号电荷离子的电子云发生变形的现象叫离子极化，离子极化的强弱与离子的极化力和离子的变形性有关。2、极化力：是指离子产生的电场强度的大小。电场强度大则离子的极化力强。它与离子的电荷、半径、离子的电子构型等因素有关。一般地，有如下规律：电荷高，半径小，极化力强电子构型：(18+2)>(18)>(9-17)>(8)3、变形性：指离子在电场作用下，电子云发生变形的能力正离子：Z越大，r越小变形性越小，反之变形性越大。负离子：Z越大，r越大变形性越大，18+2>18>9-17>8§7-8离子极化理论返回7-8-2附加极化作用当正离子半径较大时，也可被负离子极化，极化变形后的正离子又可反过来对负离子产生极化作用，这种加强了的极化作用叫附加极化作用，作用的结果，使得正负离子电子云发生部分重叠，键型由离子键向共价键过渡。如：NaClMgCl2AlCl3又如：AgFAgBrAgI

离子键→共价键

离子键→共价键

返回7-8-3极化作用对物质性质的影响1、熔沸点：NaClMgCl2AlCl3

熔点℃801