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1、1、氢分子共价键氢分子是典型的共价健结合的分子。,两个氢原子相互靠近形成氢分子时，两个1s轨道发生交叠，每个电子都受到两个氢核的作用，成为氢分子中的电子。,2.5共价结合以共价键结合的晶体称为原子晶体或共价晶体。,两种组合方式两个能级,电子分布,成键态内能U（解离能）,电子主要分布在两个氢核之间，每个电子都为两个氢原子所共有，形成共价键。,两个电子各自分布在两个氢核的两则，不能使两个氢原子结合。,2、共价键的饱和性与方向性：共价键的饱和性共价键只能由未配对的电子形成，同一原子中兩个自旋相反的价电子也不能与其它原子的电子配对。这分两种情况：,价电子壳层不到半满所有的价电子都可以是不配对的，因而所
2、有价电子都可以对外形成共价键，因此，形成共价键的数目与价电子数目相等。,价电子壳层的电子数超过半满根据泡利原理，必有部分电子自旋相反而配对，所以这时能形成共价键的数目少于价电子数目。,8N定则比如对于族至族元素，共价键的数目符合所谓的8N定则，N是价电子数目。,例：氮分子；氮原子共有7个电子,N2,三个共价键,共价键的方向性方向性即指只在某一特定方向上形成共价键。电子云交迭得越厉害，共价键越稳固。,物理本质：根据共价键的量子理论，共价键的强弱取决于电子云的交叠程度。由于非満壳层电子分布的非对称性，因而总是在电子云密度最大的方向成键。这就是共价键具有方向性的物理本质。 共价键的本质仍然是库仑相互
3、作用：泡利原理确定自旋取向不同，决定了电子空间分布的不同，从而影响了库仑静电作用。,3、共价键的“轨道杂化”理论由于共价键的方向性，原子在形成共价键时，可能发生“轨道杂化”。,碳原子有6个原子，在基态4个电子填充了1s和2s轨道（每个轨道有正反自旋的一对电子），剩下两个电子在2p壳层。在这种情况下只有两个2p电子是未配对的。,杂化轨道：原子在相互结合成键过程中,原来能量接近的原子轨道要重新混合,形成新的原子轨道,即杂化轨道。,理论解释：金刚石中碳原子的四个键是,态叠加构成了四个杂化轨道。杂化轨道分别是,Page 9,2s电子激发到2p轨道需要能量，但多形成的两个键放出的能量比激发能大，使系统势
4、能最小，晶体结构稳定。,NaCl晶体基面电子密度分布等值线相对电子密度,氯化钠晶体每个分子单位能量 (7.95.1+3.6)=6.4 eV，比分立中性原子的能量低。,近似球对称分布,2.6离子结合,一、出发点:离子晶体的结合来源于正负离子间的库仑相互作用，一对离子间的库仑相互作用静电能为,近距排斥势离子间距离离近时，电子云的交叠会产生强烈的排斥作用，因为此时第1个离子的外电子要占据第2个离子的电子态，但第2个离子的外电子壳层已填满，多余电子只能填到更高能态上去，这导致体系能量急剧的上升。对这种近距排斥势的描述，常用的是刚球模型。,即当距离r小于某一尺度r0时，势(r)；幂函数形式，即比例于r-
5、n,n一般较大，对氯化钠大约为8。二、讨论：以氯化钠晶体为例，对于具有N个正、负离子组成的晶体，其结合能为：,则,r1j是处在坐标原点的离子晶体到第j个离子的距离。假定最近邻距离为R， r1j可表示为,Page 14,其中,称为马德隆常数，仅与离子晶体的晶体结构有关。,马德隆常数的计算，由于随着aj的增加，1/aj项正负交替变化，和式收敛很慢，难以计算。现在，对常见的离子晶体结构，值已有表可查。如：,氯化钠结构： 1.748 氯化铯结构： 1.763闪锌矿（ZnS）结构： 1.638,平衡时，结合能最大，离子间距由下式决定：,可得,相应的可求出离子晶体在平衡时的结合能：,Page 16,体积弹
6、性模量K为,用X光衍射测出R0 由实验测出晶体的体积弹性模量我们可以通过上式求出参量n：,几种晶体的体积弹性模量K和参数n:,n一般在610之间。从结合能表达式看到，排斥力的贡献只占1/n，通常为10%左右，因此，对于结合能的计算，n取为整数是足够好的近似，在氯化钠情形，n取为8。,2.7 原子和离子半径原子核很小，原子的尺寸主要由核外电子云来决定。当原子构成晶体时，原子的电子云已不同于孤立原子的电子云。,同一种原子在不同结构中有不同的电子云分布。因此不可能给出一个精确不变的原子和离子半径，原子或离子半径因结构不同而异。,对于金属结构，原子的半径称为金属半径对共价结合，原子的半径称为共价半径分
7、子晶体中的原子半径称为范德瓦耳斯半径对于密堆积金属，用X光衍射测出两核的间距，金属原子半径为核间距的一半；对于共价晶体，核间距的一半定义为原子的共价半径；,范德瓦耳斯半径：分子晶体中相邻分子间两个邻近的非成键原子之间核间距的一半。,对于离子晶体，正负离子半径一般不会相等，那又如何来确定离子的半径呢？下表是有关碱金属和卤族元素晶体的简表。,我们注意到： NaF最近两离子的核间距为2.31A，KF的核间距为2.67A，相差为0.36A；NaCl和KCl相差0.33A；NaBr和KBr相差0.31A；,0.36A,0.33A,0.31A,它们的差值相近，即这个差值应是钠和钾的半径之差。这表明，离子似
8、乎就有一个确定的尺寸。,定义：正负离子在相互作用中，作用达到平衡时，有一个核间距，正负离子半径和。,离子半径有不同的计算方法，最常用的是泡林给出的半径数值：,R:离子半径 C:由外层电子主量子数决定的常数 Z:原子序数:屏蔽常数。,泡林认为： 离子的大小主要取决于最外层电子的分布，对于等电子离子，离子半径与有效电荷Z成反比，即,屏蔽常数： 核外的一个电子除受核电荷的吸引外，还受到核外其他电子的排斥作用。一个电子受到的合力相当于Z个核电荷的吸引作用。 已有一些经验值。对于等电子离子，其屏蔽常数相等。,Page 25,用X射线衍射法测出最近两离子的核间距r0，利用以下联立方程,即可测定出等电子离子晶体中正负离子的半径。泡林利用上式计算了单价电子半径R1，再由公式,可求出价离子的半径。n称为玻恩常数。,
