化学键与分子结构

《化学键与分子结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学键与分子结构（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第第 2 章章 化学键与分子结构化学键与分子结构 一、要点 1化学键 分子或晶体内部原子之间强烈的相互作用称为化学键，它有三种基本类型：离子 键、 共价键和金属键。 化学键的强弱不同， 其强度可用键能表示， 一般约在 30 150 kJmol-1。 2离子键理论 源于金属与非金属间电子的转移而产生的化学键类型。离子键中有正、负离子之分， 它们之间通过静电引力吸引牢牢结合在一起。 3离子的特征 离子键的强度与离子的电荷、构型和半径有密切关系。 4离子半径 注意离子半径的分类和核间距的概念。 5晶格能 用来描述离子键强度大小的度量，也用来比较离子化合物和晶体的稳定性。定义为 1mol 的离子晶体解

2、离为自由气态离子时所吸收的能量。可由 Born-Haber 循环根据 实验数据间接求出，也可从理论上计算得出。 6Lewis 结构 共价键最早被描述为共用电子对，Lewis 结构用图形表达这些电子对如何被共用。 这里有一些成对的概念：电子对键又叫共价键，包括共价单键、共价双键、共价重 键；给予体原子和接受体原子；非极性共价键和极性共价键。 7形式电荷和氧化数 Lewis 结构中原子的形式电荷是指电子对被成键原子同等程度地共用时原子所带的 电荷；而一个元素的氧化数（它与物种的 Lewis 结构无关）则指分子中的电子转移 到一个原子或从一个原子移走的程度。 8键的离子性百分率 从极性大小的角度，可

3、将非极性共价键（极性最弱，等于零）和离子键（极 性最强）看作极性共价键的两个极端。极性的大小依赖于成键原子的电负性 差值。常用来表示键的离子性百分率和它所连结的那个原子之间的电负性 之差的经验公式之一是 Hannay-Smyth 公式： 离子性% = 16 (x) + 3.5 (x)2 9价键理论 简称 VB 理论，又称电子配对理论。能说明共价键形成的本质，解释共价键的特点 （具有方向性和饱和性） 。共价键的类型包括 键和 键，另外还有 键。 10键参数 表征化学键性质的物理量，如键级、键能、键角、键长和键的极性等。一般可以通 过分子的价键结构和键参数等数据，定性或半定量地解释分子的某些性质。

4、 11杂化轨道理论 杂化轨道理论解释了分子的 Lewis 结构式与实际结构之间的矛盾。 能量相近的原子 轨道的杂化（重新组合）改变了原有轨道的形状、成分和能量，增加了成键能力。 12价层电子对互斥理论 简称 VSEPR 理论。Lewis 思维的简单延伸。基于中心原子价电子层中电子对的相 互排斥，预示分子或多原子离子排布可能结构的一种理论。 13分子轨道理论 简称 MO 理论。描述化学成键作用的重要方法，它是指伸展向两个或多个原子的 波函数，分子轨道通常由原子轨道的线性组合而成，必须符合对称性匹配原则、能 量近似原则和最大重叠原则。n 条原子轨道形成 n 条分子轨道。大约一半为成键轨 道，一半为

5、反键轨道，其余为非键轨道。能量最低的成键轨道和能量最高的反键轨 道通常是由能量相同的轨道重叠而得的。 14金属键理论 主要指能带理论，形成分子轨道的概念可方便地推广至含有无限个原子的固体物 质，固体中轨道的重叠形成由能隙隔开的能带。 15分子间作用力 即范德华力。它包括取向力、诱导力和色散力。 16氢键 氢原子与电负性大的非金属元素形成共价键时电子对被强烈吸向后者而本身几乎 成为“裸”质子，导致该氢原子能以静电引力作用于相邻共价键中电负性大的原子 形成了氢键，成为两个电负性大的原子之间的桥原子。 17 点阵 点阵是根据晶体结构的周期性抽象出来的一组点。 这组点在三维空间按一定周期重 复，构成一

6、个点阵。点阵是一组无限的点，连接其中任意两点可得一向量，将此向 量平移， 当向量的一端落在任意一点阵点时， 向量的另一端必定也落在点阵中的另 一点上，点阵中的每个点都具有相同的周围环境。 18晶胞 是能反映晶体对称性的最小构造单位。 它是组成晶体的最小基本单位， 将一个个晶 胞前、后、上、下、左、右并置起来就得到整个晶体结构。 19晶胞参数 任何点阵结构都可分解为某种平行六面体的单位点阵， 其特征可用三维方向的长度 和两两相夹的角度表征，这 6 个参数称做点阵参数，又叫晶胞参数。 20晶系 晶胞的 7 种对称性分类。它包括立方、六方、四方、三方、正交、单斜及三斜。 21. 离子的极化和离子的变

7、形性 离子间除静电引力外，诱导力起着很重要的作用。由于阳离子具有多余的正点荷， 较小的半径，而且在外壳上缺少电子，它对相邻的阴离子会起诱导作用，这种作用 称做离子的极化。阴离子半径较大，在外壳上有较多的电子容易变形，在被诱导过 程中能产生瞬时的诱导偶极，这种性质成为离子的变形性。 22. 键和 键 以 “头碰头” 的方式简单重叠或在成键原子间通过杂化的原子轨道与其成键原子核 间的连线方向重叠而形成的键型称为 键。p 或 d 轨道以“肩并肩”方式重叠并在 成键原子间连线上下区域形成电子云密度集中区域的键型称为 键。 二、习题及答案 2.1 Distinguish clearly between

8、(1) covalent and ionic bonding; (2) covalent and coordinate covalent bonding; (3) polar and nonpolar covalent bonding; (4) electrical conduction in a metal and by an ionic substance; (5) - and -bonds; (6) d2sp3 and sp3d2 hybrid orbitals. (7) Valence bond theory and molecular orbital theory; (8) a bo

9、nding and an antibonding molecular orbital; (9) localized and delocalized bonding; (10) conduction band, valence band, and forbidden energy gap. 区分下列概念： (1) 共价键和离子键； (2) 共价键和配位键； (3) 极性共价键和非极性共价键； (4) 金属导电和离子导电； (5) 键和键； (6) d2sp3 杂化轨道和sp3d2 杂化轨道； (7) 价键理论和分子轨道理论； (8) 成键分子轨道和反键分子轨道； (9) 定域键和离域键； (10

10、) 导带、价带和禁带； 解答 解答 （1） 离子键：正离子和负离子之间的静电作用力；共价键：原子和原子之间轨道重叠的程度（共用电子对）。 （2） 共价键和配位键：是共价键理论中的一对概念，后者又叫配位共价键。前者的成键原子各自提供1个电子形成共用电子对；后者的共用电子对由成键原子的一方提供。 （3） 极性共价键和非极性共价键：是共价键理论中的一对概念。前者共用电子对偏向两个键原子中的一个；后者共用电子对同等程度地属于两个成键原子。 （4） 金属导电和离子导电：前者是自由电子导电；后者通过正、负离子在溶液或熔体中运动导电。 （5） 键和键：是共价键理论中的一对概念。前者重叠轨道的电子云密度绕键轴

11、对称；后者重叠轨道的电子云密度绕键轴不完全对称。 （6） d2sp3 杂化轨道：两条（n-1）d 轨道、一条ns 轨道和三条np 轨道杂化而得的轨道。 sp3d2 杂化轨道: 一条ns 轨道、三条np 轨道和两条nd 轨道杂化而得的轨道。 （7） 价键理论和分子轨道理论：它们是描述共价键的两种理论。前者用原子轨道重叠的概念解释共价键的形成， 将共价作用力的实质解释为核间较大的电子密度对两核的吸引力。后者将分子看作一个整体，原则上不再承认分子中各原子原子轨道的个性， 将共价键的形成归因于电子获得更大运动空间而导致的能量下降。 （8） 成键分子轨道和反键分子轨道：这是分子轨道理论中的一对概念。前者

12、的能级低于成键原子原子轨道的能级； 而后者恰相反。 成键轨道上的电子将核吸引在一起；反键轨道上的电子不但不能提供这种吸引力，而且使两核相互排斥。 （9） 定域键和离域键：前者的成键电子属于两个成键原子，例如，H2O 分子中的两个OH 键；后者的成键电子不属于某一两个特定的成键原子，例如金属中的自由电子都是成键电子，却不能将其分别归属于特定的金属离子。 （10） 导带、价带和禁带：它们是金属键能带理论中的概念。导带一般为金属中的半充满能带，充满了的那一半能带中最高能级上的电子容易进入能量略高的另一能级（空着的那一半能带）使金属表现出导电性；价带是指金属中能量最高的全充满能带，禁带则指两两能带之间

13、的区域。 2.2 Classify the chemical bonds that would form between the following pairs of atoms as mainly (1) Li, O; (2) Br, I; (3) Mg, H; (4) O, O; (5) H, O; (6) Si, O; (7) N, O; (8) Sr, F. 下列各对原子间分别形成哪种键？离子键，极性共价键或非极性共价键？ (1) Li, O; (2) Br, I; (3) Mg, H; (4) O, O; (5) H, O; (6) Si, O; (7) N, O; (8) Sr,

14、F. 解答解答 主要形成离子键的：(1), (3), (8); 主要形成极性共价键的：(2), (5), (6), (7);主要形成非极性共价键的：(4). 2.3 Why is ionic bond nondirectional? Is metallic bond nondirectional? 为什么离子键无方向性？金属键有方向性吗？ 解答解答 由于离子键是由正、负离子通过静电吸引作用结合而形成的，而离子是带电体，它的电荷分布是球形对称的。 因此只要条件许可， 它可以在空间各个方向上施展其电性作用， 即它可以在空间任何方向与带有相反电荷的离子相互吸引， 所以说离子键没有方向性。 金属中自由

15、电子与金属正离子间的作用力叫做金属健。 因为自由电子是离域的， 所以根据金属键的定义可知，金属键没有方向性。 2.4 What is the octet rule? In which of the following species is this rule violated? 什么叫八隅律？下列物种中哪个（些）原子不服从八隅律？ HH : FF: :OClO: : FXeF : . . . . . . . . . . . . . . . . (1) (2) (3) (4) . . . . 2- P H :O: . . . . . . . . :P P H C H O=C=O O S O : . . . . . . . . P H : O : . . . . (