原子间的键合和氢键的应用

原子间的键合及氢键的应用

所谓键合(bond)是指由原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小。结合键决定了物质的一系列物理、化学、力学等性质。

原子间的键合

键合的种类

大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合。通过正负离子之间的静电作用而形成键合，离子键键合的基本特点是以离子而不是以原子为结合单元。。一、离子键（IonicBond）1、键力较强、结合牢固。2、熔点和硬度较高。3、在离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此，它们都是良好的绝缘体。4、熔融状态时呈现离子导电性

NaCl离子键示意图离子键的特点

共价键的实质就是两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。共价键键合的基本特点是核外电子云达到最大的重叠，形成“共用电子对”，有确定的方位，且配位数较小。

二、共价键（CovalentBond）

甲烷分子中碳和氢原子之间的共价键示意图共价键的特点1、方向性2、饱和性3、配位数比较小4、结合牢固结构稳定5、熔点较高，硬度较大。

共价键中共有电子对不能自由运动，因此共价结合形成的材料一般是绝缘体，其导电能力差。共价键在亚金属（C,Si,Sn等）、聚合物和无机非金属材料中起重要作用。

Cl2分子中Cl原子之间的共价键金刚石中碳原子之间的共价键

三、金属键（MetallicBond）

金属键示意图在金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。无方向性无饱和性电子的共有化特点：

分子键是电中性的分子之间的长程作用力。所有惰性气体原子在低温下就是通过范氏力而结合成晶体的。

四、分子键（VanderWaals'Bond）因为核外电子是在不断运动的，因而电子云的密度随时间而变。在每一瞬间，负电荷中心并不和正电荷中心重合，这样就形成瞬时电偶极子，产生瞬时电场。

1、一种次价键2、无方向性3、无饱和性4、它比化学键的键能小1-2个数量级，远不如化学键牢固。分子键特点

在HF,H2O,NH3

等物质中，分子都是通过极性共价键结合的，而分子之间则是通过氢键连接的。水分子间氢键作用五、氢键(HydrogenBond)（1）分子中必须含氢。（2）另一个元素必须是显著的非金属元素（F，O和N分别是ⅦB，ⅥB和ⅤB族的第一个元素）。这样才能形成极性分子，同时形成一个裸露的质子。形成氢键必须满足以下两个条件：六、实际晶体的键合

值得指出的是，实际晶体不一定只有一种键，可能是多种键合的混合，至少范氏力就是普遍存在的一种力。不过，在某一键合为主键的情形下，其他弱键就可以忽略。实际材料中存在的键合情况如右图所示。类型

作用力来源键合强弱形成晶体的特点离子键原子得、失电子后形成负、正离子，正负离子间的库仑引力

最强无方向性键、高配位数、高熔点、高强度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导电、熔态离子导电共价键相邻原子价电子各处于相反的自旋状态，原子核间的库仑引力

强有方向性键、低配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、即使在熔态也不导电金属键自由电子气与正离子实之间的库仑引力较强无方向性键、结构密堆、配位数高、塑性较好、有光泽、良好的导热导电性分子键原子间瞬时电偶极矩的感应作用较弱无方向性键、结构密堆、高熔点、绝缘氢键氢原子核与极性分子间的库仑引力

弱有方向性和饱和性

氢键在材料中的应用通过氢键形成超分子通过氢键进行分子识别氢键型晶体工程通过氢键进行自组装氢键的催化作用氢键占有很特殊的地位,被称作为“超分子化学中的万能相互作用”通过氢键形成超分子超分子是指由2种或2种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起,组装成复杂的、有组织的聚集体,并保持一定的完整性,具有明确的微观结构和宏观特性

。超分子不是分子的简单聚集,它的结构和特性与它们的纯分子组分的聚集性质不同。通过氢键进行分子识别超分子体系主要有识别、转换和传输功能，分子识别是超分子化学的核心。氢键型晶体工程

晶体工程是分子工程学的一个重要组成部分,它通过控制构筑单元间的相互作用的类型、强度及几何性质来获得具有所希望结构和性能的晶体材料。什么是晶体工程通过氢键进行自组装

超分子自组装是指分子或分子亚单元通过非共价键弱相互作用,自发组成具有某种性能的长程有序的超分子聚集体的过程。什么是超分子自组装？氢键的催化作用

氢键在加速各种反应(如酰基、磷酰基转移、羰基加成、周环反应等)中均起着中心作用。近年来,有机化学家们注意到氢键在小分子合成催化剂中的巨大催化潜力,特别是手性氢键给体在不对称合成中的作用。总结

氢键作为分子内或分子间的一种弱相互作用,在超分子化学、分子识别、晶体工程、