《[理学]【中国农大版基础化学课件】第二章-化学键和分子结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[理学]【中国农大版基础化学课件】第二章-化学键和分子结构（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章化学键与分子结构 2 1离子键理论 2 4价层电子对互斥理论 2 3杂化轨道理论 2 2共价键理论 2 5分子间力和氢键 2 1 1离子键的形成 1 离子的形成 原子得失电子后形成离子 其电子结构大多具有类似稀有元素的稳定构型如 离子为带电荷的球形实体 其内部仍有核 电荷 及电子云 2 1离子键理论 2 离子间的相互作用 异号离子靠近时 吸引能 R 正负离子间距 核外电子的排斥能 特性常数 由量子力学得出 表示电子云排斥能 在r r0处 体系总能量最低 形成了化学键 离子键 而离子间距R r r 体系的势能与核间距之间的关系如图所示 2 1 2离子键的特点 1 本质 静电吸引力 当 越大
2、 R越小时 结合力越大 2 无方向性和饱和性 离子为带电荷的球形实体 可从任意方向与异号离子结合 故无方向性 正 负离子以密堆积的方式结合形成晶体 即一个离子可与多个异号离子作用 但体系总电荷为零 3 部分共价性 一般认为 xA xB 1 7时 A B以形成离子键为主 实际上是指离子键的成分大于50 Pauling认为 q q 离子相互接近时 能形成离子键 但由于电子云的作用 仍有部分共价性质 对化合物A B 离子性 P45表2 1单键的离子性与电负性差值的关系 2 1 3离子键的强度 离子键强度以晶格能u的大小量度 放出能量u 逆向过程要吸收能量 对同类型 组成比 晶型相同 的离子键化合物
3、u越大 mp越大 硬度越高 膨胀系数越小 压缩性越小 2 1 4离子键化合物的特征 晶格能u的决定因素 1 电荷 离子电荷为其得失电子数 一般 均小于4 晶型相同时 越大 u越大 2 离子的电子构型 简单负离子一般最外层具有稳定的8电子构型 2电子构型 1s2 s区元素Li Be2 8电子构型 ns2np6 s区元素 Na K Ca2 18电子构型 n 1 s2 n 1 p6 n 1 d10 ds区元素 p区元素Cu Ag Zn2 Cd2 Hg2 Pb4 Sn4 18 2电子构型 n 1 s2 n 1 p6 n 1 d10ns2p区元素Pb2 Sn2 Bi3 9 17电子构型 不规则电子构型d
4、区元素Fe3 13e Cu2 17e 9 17e型是一类外层不饱和型离子 外层d轨道可用于成键 正离子 3 离子半径 晶体中相邻离子的核间距 哥希密德半径 1927年测出了 据此得出 Pauling半径 1960年推算得出 依据 型离子化合物中 cn 由n值决定的常数 价层一个e的屏蔽常数 故 对多个化合物测定的平均结果显示 P525附录十一 最常用离子的Pauling半径 a 同族元素带相同电荷的离子 从上到下半径增大 b 电子组态相同的离子 正电荷越高 离子半径越小 且负离子半径大于正离子半径 c 同一元素负离子半径大于原子半径 正离子半径小于原子半径 而且正电荷越高 离子半径越小 如 r
5、 Li r Na r K r Rb r Cs 如 r Na r Mg2 r Al3 r F Na 离子半径的变化规律 d 过渡金属及内过渡金属的相同电荷离子的半径均是随核电荷增大而减小 e 周期表中 相邻两族中左上方和右下方斜对角线元素的正离子半径接近 即对角线规则 如 r Ti3 r V3 r Cr3 r Mn3 如 r Na r Ca2 r Li r Mg2 2 1 5离子晶体 正负离子在三维空间中占据格点位置 以一定的方式交替排列 形成长程有序的固态化合物 1 离子晶体的特点 以静电引力结合 放出晶格能 每个离子都与若干个异号离子相邻 形成密堆积 异号离子数 CN 因此 整个晶体是个 巨
6、分子 无确切的分子式 其基本存在单元为晶胞 CsCl型 配位比 8 8 红球 Cs 绿球 Cl 晶胞中离子的个数 晶格 简单立方 2 常见离子晶体 NaCl型 配位比 6 6 晶胞中离子的个数 绿球 Na 红球 Cl 晶格 面心立方 ZnS型 立方型 配位比 4 4 绿球 Zn2 红球 S2 晶格 面心立方 半径比 r r 规则 NaCl晶体 NaCl型晶体结构的其中一层横截面 理想的稳定结构 NaCl型 上表所列结果即为半径比规则 3 离子晶体的性质 mp bp 硬度较大且随u增加而增加 mp有确定值 晶体不导电 无自由电子 但熔体 溶液导电 不溶于非极性溶剂 无溶剂化作用 分子中的原子可以
7、通过共用电子对使每一个原子达到稳定的稀有气体电子结构 原子通过共用电子对而形成的化学键称为共价键 1916年 美国化学家Lewis提出了经典共价键理论 该理论没有阐明共价键的本质 2 2 1 共价键的本质 2 2共价键理论 1 量子力学处理H2分子的结果 两个氢原子电子自旋方式相反 靠近 重叠 核间形成一个电子几率密度增大的区域 系统能量降低 形成氢分子 核间距R0为74pm 氢原子半径为52 9pm 共价键的本质 成键原子的原子轨道重叠 核间电子几率密度增大 吸引原子核而成键 2 价键理论基本要点与共价键的特点 价键理论基本要点 具有自旋相反的单电子的原子相互靠近时 自旋相反的单电子可以互相
8、配对形成共价键 原子轨道最大重叠原理 成键电子的轨道重叠越多 两个核间的电子云密度也越大 形成的共价键越稳定 对称性匹配原理 要保证原子轨道最大程度的重叠 必须采用相对于键轴具有相同对称性的原子轨道 即二者间必须是同号重叠 的符号相同 才有效 2 2 2共价键的特征 1 键 原子轨道沿核间联线方向进行同号重叠 头碰头 2 2 3共价键的类型 两原子轨道垂直核间联线并相互平行进行同号重叠 肩并肩 2 键 形成条件 成键原子一方有孤对电子 给予体 另一方有空轨道 接受体 例 3 配位共价键 配位键 2 2 4键参数 1 键能E293k 100kpa时 断裂1mol键所需能量或生成1mol放出能量为
9、键能E 一般E越大 表明共价键越牢固 2 键长L成键原子核的平均间距 一般表示为pm L越小 键越牢固 3 键角 分子中键与键的夹角 可由实验测定 取决于原子轨道方向及电子云排斥力 4 偶极距 键的极性2个成键原子的 电中心不重合 且有一段距离 偶极距 时 表明共价键为极性键 极性大小 偶极距 与成键原子的电负性差成正比 极性最大 离子键 如LiF 2 3杂化轨道理论 1931年由Pauling提出 原子在形成分子的过程中 为了增加成键能力使分子稳定性增加 趋向于将同一个原子不同类型的原子轨道重新组合成能量 形状和方向与原来不同的新原子轨道 这种重新组合即为杂化 杂化后的原子轨道成为杂化轨道
10、轨道杂化的特性 只有能量相近的轨道才能相互杂化 杂化轨道成键能力大于未杂化轨道 杂化前后轨道数目不变 杂化后轨道伸展方向和形状发生改变 2 3 1 杂化轨道概念及其要点 2 3 2 S P等性杂化轨道 Be 2s2 1 sp杂化 Be采用sp杂化生成BeCl2 两个sp杂化轨道 B 2s22p1 2 sp2杂化 BF3的空间构型为平面三角形 CH4的空间构型为正四面体 C 2s22p2 3 sp3杂化 形成四个等价sp3杂化轨道 四个sp3杂化轨道 2 3 3 不等性s p杂化轨道 原子价电子轨道杂化 并形成化学键时 每个轨道上填充的电子数不同 2e 孤电子对 或1e 用于成键 造成形成分子后
11、s p杂化轨道不等性 其中 孤电子对只受一个核吸引 距核较近 电子云对其它轨道排斥较大 从而使其它杂化轨道受 挤压 结构偏离 不等性sp3杂化 sp3d杂化 sp3d2杂化 2 4价层电子对互斥理论 VSEPR理论 1940年由N V Sichwick提出 2 4 1 基本要点 1 共价多原子分子中 中心原子价电子层中的电子对包括两部分 自身孤电子对 键 成键电子如 H2O中 O价电子数 6 2 8CO2中 C价电子数 4 0 4 不计O原子的电子 键电子也不计入 排除生成 键的电子数 2 价电子对在空间应尽量远离 使体系能量最低 P64表2 12 3 价电子对之间排斥力 孤 孤 孤 成键 键
12、 键并且这种排斥力在电子对之间夹角小于90 时最为明显 中心原子的价电子对数及以上规则决定分子构型 如 NH3价电子对数 5 3 8四面体孤对电子数 1三角锥形且H N H角 109 28 COCl2 C 4 2 6 不计O原子键 三角形但C O为双键 电子云密度大 2 4 2 VSEPR理论的应用步骤 1 计算中心原子的价电子总数和价电子对数 价电子总数 中心原子的价电子数 配位原子提供的价电子数特点 配位原子为O S时 不提供电子 其余各提供1e 中心原子上有电荷时 其价电子数应加上 负电荷 或减去相应的电荷数 如 2 按计算出的价电子对数确定分子形状 原则 尽量减少孤 孤电子对排斥 认为
13、该电子对之间的夹角 90 时 斥力较小 90 角最少原则 稳定构型中 孤 孤 孤 成键 键 键 VP 2直线形 VP 3平面三角形 VP 4正四面体 VP 5三角双锥 VP 6正八面体 LP 0 分子的空间构型 价层电子对的空间构型 VP 2 2 2直线形 VP 3 3 3平面三角形 VP 4 4 4四面体 VP 5 5 5三角双锥 VP 6 6 6八面体 例如 LP 0 分子的空间构型不同于价层电子对的空间构型 3 4 6 1 1 2 1 2 SnCl2 平面三角形V形 NH3 四面体三角锥 H2O 四面体V形 IF5 八面体四方锥 XeF4 八面体平面正方形 三角双锥变形四方体SF4 三角
14、双锥T形ClF3 三角双锥直线形XeF2 2 5分子间力和氢键 2 5 1 分子间作用力 分子内作用力 静电结合力 引力 离子晶体 共价结合力共价分子在共价分子和惰性原子之间存在有分子间力 共价键的极性取决于成键原子电负性的差值 相同原子形成的共价键 称为非极性共价键 反之 称为极性共价键 而且电负性差值越大 键的极性越强 离子键是极性最强的极性键 离子键理论和共价键理论各自描述了化学键的某一个方面 彼此互相补充 1 分子的极性和偶极距 分子的偶极矩 用于定量地表示极性分子的极性大小 式中q为极上所带电量 l为偶极长度 极性分子 0 非极性分子 0 双原子分子 多原子分子 异核 HX O3 V
15、字形 同核 双原子分子 分子的极性和键的极性一致 多原子分子 是否有极性 不仅要看键是否有极性 还要考虑到分子的结构 分子的正负电荷中心重合则为非极性分子 键的极性和分子极性的关系 分子间力 范德华力 分子间具有吸引作用的根本原因 任何分子都有正 负电荷中心 任何分子都有变形的性能 分子间的作用力称为分子间力 也叫范德华力 由分子偶极产生的分子间力分为三种形式 取向力 诱导力 色散力 分子间力是决定物质的熔 沸点 溶解度等性质的重要因素 1 取向力 产生于极性分子之间 两个固有偶极间存在的同极相斥 异极相吸的定向作用称为定向作用 所产生的相互作用力称为取向力 两个极性分子相互靠近时 由于同极相
16、斥 异极相吸 分子发生转动 并按异极相邻状态取向 分子进一步相互靠近 分子离得较远 分子的偶极矩越大 取向力越大 分子靠近时 取向力随着温度升高而降低 布朗运动 2 诱导力 产生于极性分子和非极性分子之间 由固有偶极和诱导偶极而产生的分子间相互作用 分子离得较远 分子靠近时 决定诱导作用强弱的因素 极性分子的偶极矩 愈大 诱导作用愈强 非极性分子的变形性 愈大 诱导作用愈强 诱导力与温度无关 3 色散力 产生于非极性分子之间 由瞬时偶极和瞬时诱导偶极而产生的分子间相互作用 一大段时间内的大体情况 某一瞬间 非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用 色散力与分子变形性 有关 大 色散力大 色散力与温度无关 仅由分子变形性大小决定 除强极性分子之外 大多数分子之间以色散力为主 分子间力的特点 a 属静电作用力 无方向 饱和性 b 分子间距在300 500pm时 显著 c 能量范围 2 50KJ mol 一般为共价键能的1 10 在凝聚态时 才有体现 主要影响mp bp 溶解度s 熔 沸点当分子间力大时 mp bp高 溶解性He Ne Ar Kr Xe水溶性升高一般原则 相似相溶 硬度 4 分子间
