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1、第四章化学键与分子结构 4 1离子键理论 4 2共价键理论 4 3金属键理论 无机化学 4 1离子键理论 无机化学 一 离子键的形成 Na Cl Na Cl 无机化学 二 离子键及其特点 定义 正负离子间的静电吸引力叫做离子键 特点 离子键既没有方向性也没有饱和性 NaCl晶体 无机化学 三 离子键强度与晶格能 晶格能 表示相互远离的气态正离子和负离子结合成1mol离子晶体时所释放的能量 或1mol离子晶体解离成自由气态离子时所吸收的能量 如 Ca2 g 2Cl g CaCl2 s H U 2260 kJ mol离子键强度 用晶格能表示 无机化学 Born Lande公式 U Ve Z1Z2
2、r其中 Ve为正负离子间吸引力和排斥力达平衡时 体系的位能 Z1 Z2分别为正负离子的电荷数 r为正负离子间距 Born Haber循环计算U 无机化学 四 离子化合物的类型 ZnS型NaCl型CsCl型 无机化学 五 离子化合物的性质 高熔点Highmeltingpoints高沸点Highboilingpoints易脆性Brittleness溶解性Somearesoluble somenot 无机化学 4 2共价键理论 共享电子对 无机化学 4 2 1价键理论 共价键的本质是由于原子相互接近时轨道重叠 即波函数叠加 原子间通过共用自旋相反的电子对使能量降低而成键 共价键的主要特点是具有饱和性
3、和方向性 一 共价键的本质和特点 无机化学 二 共价键的键型 键 成键轨道 头碰头原子核连线为对称轴 键 肩并肩穿过原子核连线有一节面 无机化学 共价键形成实例 HF的生成 N2的生成 键 键 无机化学 4 2 2杂化轨道理论 同一原子中 不同原子轨道的线性组合 改变原子轨道的分布方向 有利于成键 但原子轨道的数目不变 无机化学 4 2 2杂化轨道理论 实验测得CCl4 CH4等的立体构型为正四面体 tetrahedral 在同一个原子中能量相近的不同类型 s p d 的几个原子轨道波函数可以相互叠加而组成同等数目的能量能量完全相同的杂化轨道 无机化学 杂化轨道的主要类型 sp直线型键角180
4、 CO2 C2H2sp2平面三角形键角120 BF3 NO3 C6H6 C2H4sp3正四面体形键角109 28 CH4 H2O NH3dsp2平面四方形键角90 Ni CN 42 dsp3 sp3d 三角双锥120 和90 PCl5d2sp3 sp3d2 正八面体90 SF6 无机化学 sp杂化轨道 激发 杂化 无机化学 sp2杂化 乙烯 无机化学 sp3杂化 无机化学 4 2 3价层电子互斥理论 CH4NH3H2OPF3ClF3 分子构型和电子构型的区别原则 尽可能使电子对之间的排斥作用最小高键级 低键级孤对 孤对 孤对 键对 键对 键对 无机化学 价层电子对互斥理论可以定性判断和预见分子
5、的几何构型 分子的共价键中的价电子对以及孤对电子由于相互排斥作用而趋向尽可能彼此远离 分子尽可能采取对称的结构 若一个中心原子和几个配位原子形成分子时 分子的几何构型取决于中心原子周围地价电子数目 价电子包括价层轨道中成键电子对 bp 和孤电子对 lp 不同价电子对间排斥作用的顺序为 lp lp lp bp bp bp分子中的多重键按单键处理 价层电子对数确定方法 价层电子对数 中心原子价电子总数 配位原子提供电子数 离子电荷数 配位原子提供电子数 H Cl 1 O S 0 N 1 无机化学 价电子对数目与分子构型 分子构型 正四面体 甲烷 ClO4 分子构型 正四面体 含氧原子的情况 净结果
6、是O原子不提供价电子 氨 分子构型 角锥型 水 分子构型 角型 电子构型与分子构型不一致 BF3 分子构型 平面三角 PF6 分子构型 正八面体 ClF3 分子构型 T字型 三种构型选择 电子构型与分子构型不一致 电子数为5时 孤对总是尽先处于三角双锥的腰部位置 无机化学 价层电子互斥理论的局限性 不能说明成键原理和键的相对稳定性 无机化学 4 2 4分子轨道理论 原子中某个电子运动的波函数 用 表示 分子轨道可由原子轨道线性组合而成 无机化学 一 分子轨道理论的要点 原子轨道组成分子轨道时 轨道数不变 分子轨道的能量可以高于 低于和等于原子轨道 分别称为反键轨道 成键轨道和非键轨道 原子轨道
7、组成分子轨道时 必须满足原子轨道的能量相近 轨道最大重叠和对称性匹配 分子轨道中的电子排布和原子轨道中电子排布的规则相似 即遵循Pauli原理 能量最低原理及Hund规则 无机化学 成键轨道和反键轨道 成键轨道 bonding 反键轨道 antibonding 无机化学 二 分子轨道图 a 和分子轨道能级图 b 成键轨道中 两原子之间的电子云密度增加 而反键轨道中 两原子之间的电子云密度降低 a b 无机化学 H2的分子轨道能级图 a 氢原子轨道 b 氢分子轨道 无机化学 H2与He2的比较 无机化学 三 简单双原子分子轨道能级 1s 1s 2s 2s 2p 2py 2pz 2py 2pz 2
8、px O2的分子轨道 无机化学 氧的顺磁性 无机化学 N2的分子轨道能级图 氮气为什么稳定 与O2的分子轨道能级图比较有何不同 why 无机化学 HF的分子轨道能级图 非键 反键 成键 无机化学 4 2 4键参数 键级键级越大 键越牢固 分子越稳定键能键能越大 键越牢固 分子越稳定键长键长越短 键越牢固 分子越稳定键角反映分了空间结构键的极性成键原子的电负性差越大 键的极性越大 无机化学 4 3金属键理论 金属离子沉浸在自由电子的海洋中 一 金属的改性共价键理论 无机化学 二 金属键的能带理论 Li金属的分子轨道图 Li2的分子轨道图 无机化学 金属导体的能带模型 空 满 导带 满带 能量间隔
9、 无机化学 固体的能带结构 导体 半导体 绝缘体 导带 禁带 满带 Eg 5eV Eg 3eV 无机化学 4 4分子间作用力 分子的极性分子间作用力 IntermolecularForces 氢键 Hydrogen 无机化学 4 4 1分子的极性 极性键 Polarbonds HCl 无机化学 偶极矩 DipoleMoment q dd 正 负电荷重心间距 偶极长 q 电量单位 德拜 Debye D 1D 3 336 10 30C m 库仑 米 表示 矢量 无机化学 键的极性和分子极性 一 CCl4 非极性 CHCl3 极性 无机化学 键的极性和分子极性 二 H2O CO2 CO2 非极性 H2O 极性 无机化学 4 4 2分子间作用力 化学键能约为 100 600 kJ mol 无机化学 取向力 极性分子的永久部分电荷之间的吸引作用 无机化学 色散力的形成 瞬时偶极 无机化学 色散力大小与分子的形态 1 分子量愈大 色散力愈大 2 相同组成时 线性分子的色散力较大 如 正戊烷 bp 36 1 C 而 CH3 4C bp 9 5 C 无机化学 4 4 3氢键 HydrogenBonding O N F等电负性强的原子之间通过H原子连接而成 氢键是最强的分子间力 无机化学 氢键与沸点 无机化学 冰的结构
